DE69623692T2

DE69623692T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren des Islanding-Betriebes eines verteilten Generators

Info

Publication number: DE69623692T2
Application number: DE69623692T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Fujimoto; Yoshiyuki Hirayama; Yasutomo Imai; Takaaki Kai; Hirotoshi Kaneda; Nobuhiro Kuroda; Jun Motohashi; Haruo Sasaki
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: EP0746078B1; EP0746078A3; EP0746078A2; US5808449A; DE69623692D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren eines Islanding-Betriebs einer elektrischen Quelle vom Typ einer rotierenden Maschine, die mit einem Stromversorgungssystem gekoppelt ist, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung der Art, wie im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 9 definiert ist. Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist in JP 07031197 offenbart.
Unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung und effektiven Nutzung ungenutzter Energie sind verteilte Generatoren vom Typ einer rotierenden Maschine schnell in Gebrauch gekommen. Normalerweise werden derartige verteilte Generatoren vom Typ einer rotierenden Maschine betrieben, indem sie mit einem Stromversorgungssystem einer Stromversorgungsgesellschaft gekoppelt werden. Fig. 41 zeigt ein typisches Modell, wo ein verteilter Generator 102 vom Typ einer rotierenden Maschine mit einer handelsüblichen elektrischen Quelle 101 einer Stromversorgungsgesellschaft durch einen koppelnden bzw. Kopplungstrennschalter 103 und einen Verbraucher-Trennschalter 104 verbunden ist. Zwischen dem Kopplungstrennschalter 103 und dem Verbraucher-Trennschalter 104 ist eine Last 105 angeordnet. Wenn der Leistungsfluss einschließlich der Wirkleistung und Blindleistung durch den Kopplungstrennschalter 103 fließt, erzeugt, falls der Kopplungstrennschalter 103 geöffnet wird, der verteilte Generator 102 vom Typ einer rotierenden Maschine ein Ungleichgewicht zwischen der Wirkleistung und der Blindleistung, und daher wird die Frequenz oder Phase der Spannung vom verteilten Generator 102 geändert. Dementsprechend ist es möglich, bei einer solchen Leistungsfluss-Bedingung einen Islanding-Betrieb des verteilten Generators zu detektieren.
Falls jedoch der Islanding-Betrieb in dem Fall gestartet wird, dass der Leistungsfluss am koppelnden Trennschalter im Allgemeinen Null ist, ist es schwierig, den Islanding-Betrieb durch das herkömmliche Verfahren zum Detektieren der Änderung der Frequenz oder Phase der Spannung vom verteilten Generator zu detektieren.
JP 07031 197 offenbart einen Detektor für einen isolierten Betrieb für einen Synchrongenerator, der auf der Verbraucherseite installiert ist. Ein Variationssignal der Blindleistung wird dem eingestellten Wert eines Spannungseinstellers für einen mit dem Generator verbundenen Spannungsschnellregler periodisch aufgeprägt. Ein Betriebsdetektor überwacht eine Frequenzabweichung und, ob diese Abweichung einen vorbestimmten Wert übersteigt.
EP-A-0 612 133 offenbart ein verteiltes Stromversorgungssystem mit einer Vorrichtung zur Verhinderung einer Umladung (engl. reverse-charge prevention) und eine einen Generator enthaltende verteilte Stromversorgungsvorrichtung. Ein Störungssignal mit einer festen Periode wird einem mit dem Generator verbundenen Regler periodisch zugeführt. Eine entsprechende Variation der Abgabe der verteilten Stromversorgungsvorrichtung kann detektiert werden, sobald ein Unterbrecher eines zugeordneten Stromversorgungssystems ausgeschaltet wird.
JP 07067321 offenbart eine Blindleistung kompensierende Vorrichtung. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die Fluktuation einer Blindleistung durch einen ΔQ-Detektor detektiert. Zur gleichen Zeit wird eine Frequenzkomponente detektiert, die niedriger als die handelsübliche Frequenz ist. Als Antwort auf die detektierte Frequenz wird in Übereinstimmung mit der niedrigen Frequenz eine Abschneidefrequenz eines Hochpassfilters umgeschaltet, durch das das detektierte ΔQ-Signal gelangt. Am Ausgang des Hochpassfilters wird ein Steuersignal erhalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren eines Islanding-Betriebs einer durch einen Trennschalter mit einem Stromversorgungssystem verbundenen verteilten elektrischen Quelle vom Typ einer rotierenden Maschine zu detektieren, selbst wenn ein Leistungsfluss am Trennschalter ungefähr Null ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 9 gelöst.
Folglich liegt ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bei einem Verfahren zum Detektieren eines Islanding-Betriebs eines verteilten Generators vom Typ einer rotierenden Maschine. Der verteilte Generator ist durch einen Trennschalter mit einer elektrischen Hauptquelle gekoppelt, um ein Stromversorgungssystem zu bilden. Das Verfahren weist die Schritte auf, bei denen: eine Frequenzabweichung und eine Periode elektrischer Leistung des Stromversorgungssystems aus einer Abgabe und einer Maschinenkonstante des verteilten Generators, einer Transferfunktion eines Spannungsschnellreglers des verteilten Generators, einer Transferfunktion eines Reglers des verteilten Generators berechnet werden; ein Islanding- Betriebssignal, das angibt, dass der verteilte Generator den Islanding- Betrieb ausführt, von einem Frequenzrelaisteil abgegeben wird, wenn die berechnete Abweichung größer als ein Einschwingwert wird; ein Störungssignal von einem ein Störungssignal erzeugenden Teil in den Spannungsschnellregler eingespeist wird, wenn die Frequenzabweichung, die Periode und das Islanding-Betriebssignal erhalten werden; und man den Spannungseinstellwert um einen vorbestimmten Periodenzyklus abweichen lässt, indem das Abweichungssignal für den Spannungseinstellwert von dem ein Störungssignal erzeugenden Teil an den Spannungsschnellregler abgegeben wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung des verteilten Generators mit dem System durch das Öffnen-und-Schließen-Signal des mit dem System koppelnden Trennschalters detektiert wird, wobei die Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils nur detektiert wird, wenn der verteilte Generator mit dem Stromversorgungssystem gekoppelt ist, um eine falsche Detektion der Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils aufgrund der Verringerung des Abweichungsbetrages der Blindleistung des verteilten Generators aufgrund der Abweichung des Spannungseinstellwertes des Generators zu verhindern.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung liegt bei einer Vorrichtung zum Detektieren eines Islanding-Betriebs eines verteilten Generators vom Typ einer rotierenden Maschine. Der verteilte Generator ist mit einer elektrischen Hauptquelle durch einen Trennschalter gekoppelt, um ein Stromversorgungssystem zu bilden. Die Vorrichtung umfasst ein Mittel zum Berechnen einer Frequenzabweichung und einer Periode der elektrischen Leistung des Stromversorgungssystems aus einer Abgabe und einer Maschinenkonstante des verteilten Generators, einer Transferfunktion eines Spannungsschnellreglers des verteilten Generators und einer Transferfunktion eines Reglers des verteilten Generators; ein Mittel zum Abgeben eines Islanding-Betriebssignals, das angibt, dass der verteilte Generator den Islanding-Betrieb ausführt, von einem Frequenzrelaisteil, wenn die berechnete Abweichung größer als ein Einschwingwert wird; ein Mittel zum Einspeisen eines Störungssignals von einem ein Störungssignal erzeugenden Teil in den Spannungsschnellregler, wenn die Frequenzabweichung, die Periode und das Islanding-Betriebssignal erhalten werden; und ein Mittel, um den Spannungseinstellwert um einen vorbestimmten Periodenzyklus abweichen zu lassen, indem das Abweichungssignal für den Spannungseinstellwert vom ein Störungssignal erzeugenden Teil an den Spannungsschnellregler abgegeben wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung des verteilten Generators mit dem System durch das Öffnen-und-Schließen-Signal des mit dem System koppelnden Trennschalters detektiert wird, wobei die Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils nur detektiert wird, wenn der verteilte Generator mit dem Stromversorgungssystem gekoppelt ist, um eine falsche Detektion der Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils aufgrund der Verringerung des Abweichungsbetrages der Blindleistung des Generators aufgrund der Abweichung des Spannungseinstellwertes des verteilten Generators zu verhindern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile und Elemente in allen Figuren, in denen:
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine erste Ausführungsform eines Verfahrens und Systems zum Detektieren eines Islanding-Betriebs eines verteilten Generators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine graphische Darstellung ist, die eine Wellenform einer Blindleistung darstellt, die durch eine Blindleistungs- Steuerfunktion in einem Zustand der Kopplung mit dem System geändert wird;
Fig. 3 eine graphische Darstellung ist, die eine Wellenform der Blindleistung zeigt, die durch die Blindleistungs-Steuerfunktion in einem offenen Zustand des Kopplungstrennschalters geändert wird;
Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, die eine Wellenform einer Spannung auf der Verbraucherseite aufgrund der Blindleistungs-Steuerfunktion im offenen Zustand des Kopplungstrennschalters zeigt;
Fig. 5 eine graphische Darstellung einer Wellenform ist, die eine Änderung des Verbrauchs der Wirkleistung bei einer Last zeigt;
Fig. 6 eine graphische Darstellung ist, die eine Änderung der Frequenz aufgrund des Islanding-Betriebs im offenen Zustand eines Kopplungstrennschalters zeigt;
Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Blindleistungs- Steuerschaltung zeigt;
Fig. 8 eine Ansicht ist, um ein Zündpulssteuerverfahren durch Thyristoren von Fig. 8 zu erläutern;
Fig. 9 ein Schaltungsdiagramm eines Stromversorgungssystems einer Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 10 ein Blockdiagramm ist, das eine Steuerschaltungskonstante eines Reglers zeigt, der für das System von Fig. 9 verwendet wurde;
Fig. 11 ein Blockdiagramm ist, das eine Schaltungskonstante eines Spannungsschnellreglers zeigt, der für das System von Fig. 9 verwendet wurde;
Fig. 12 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik des elektrischen Stroms an einem Kopplungspunkt zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 13 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik der Blindleistungssteuerung zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 14 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik der Spannung an einem Empfangsanschluss zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 15 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik der Frequenz an einem Empfangsanschluss zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 16 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik des elektrischen Stroms am Kopplungspunkt zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 17 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik der Blindleistungssteuerung zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 18 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik der Spannung an einem Empfangsanschluss zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 19 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik der Frequenz an einem Empfangsanschluss zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 20 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik des elektrischen Stroms am Kopplungspunkt zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 21 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik der Blindleistungssteuerung zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 22 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik der Spannung an einem Empfangsanschluss zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 23 eine graphische Darstellung ist, die eine Charakteristik der Frequenz an einem Empfangsanschluss zeigt, die durch die Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
Fig. 24 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens und Systems zum Detektieren eines Islanding-Betriebs eines verteilten Generators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 25 ein Schaltungsdiagramm eines wesentlichen Teils des einen Islanding-Betrieb detektierenden Systems von Fig. 24 ist;
Fig. 26 eine graphische Darstellung der Wellenform ist, die eine Beziehung einer Frequenzabweichung und einer Relaisantwort gemäß einem aktiven Verfahren zeigt;
Fig. 27 eine graphische Darstellung eines Zeitablaufdiagramms ist, die einen Betrieb des wesentlichen Teils des Systems von Fig. 24 zeigt;
Fig. 28 eine graphische Darstellung eines Zeitablaufdiagramms ist, die einen Betrieb des wesentlichen Teils des Systems von Fig. 24 zeigt;
Fig. 29 eine graphische Darstellung eines Zeitablaufdiagramms ist, die einen Betrieb des wesentlichen Teils des Systems von Fig. 24 zeigt;
Fig. 30 ein Schaltungsdiagramm eines Stromversorgungssystems einer Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 31 ein Blockdiagramm ist, das eine Steuerschaltungskonstante eines Reglers zeigt, der für das System von Fig. 30 verwendet wird;
Fig. 32 ein Blockdiagramm ist, das eine Schaltungskonstante eines Spannungsschnellreglers zeigt, der für das System von Fig. 30 verwendet wird;
Fig. 33 eine graphische Darstellung ist, die eine charakteristische Wellenform einer Abweichung eines Spannungseinstellwertes eines Spannungsschnellreglers zeigt, die durch die Simulation erhalten wurde;
Fig. 34 eine graphische Darstellung ist, die eine charakteristische Wellenform einer Anschlussspannung des Generators zeigt, die durch die Simulation erhalten wurde;
Fig. 35 eine graphische Darstellung ist, die eine charakteristische Wellenform einer Frequenz des Generators zeigt, die durch die Simulation erhalten wurde;
Fig. 36 eine graphische Darstellung ist, die eine charakteristische Wellenform der Blindleistung des Generators in der Simulation zeigt;
Fig. 37 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen der Abweichung des AVR-Spannungseinstellwertes und der Abweichung der Generatorfrequenz zeigt, die durch die Simulation erhalten wurde;
Fig. 38 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen der Wirkleistung des Generators und der Generatorfrequenz zeigt, die durch die Simulation erhalten wurde;
Fig. 39 ein Blockdiagramm ist, das ein Blockdiagramm einer Transferfunktion der Simulation gemäß der vorliegenden Erindung zeigt;
Fig. 40 eine graphische Darstellung ist, die ein Bode-Diagramm der Generatorfrequenz unter Verwendung der Transferfunktion von Fig. 39 zeigt; und
Fig. 41 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine herkömmliche Verbindung einer elektrischen Verteilerquelle in einem Stromversorgungssystem zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bezug nehmend auf Fig. 1 bis 23 ist eine erste Ausführungsform eines einen Islanding-Betrieb detektierenden Systems für einen verteilten Generator vom Typ einer Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Stromversorgungssystem gebildet durch eine handelsübliche elektrische Quelle 1 und einen verteilten Generator (Generator) 2, die angeordnet sind, um elektrische Leistung an Lasten 5a und 5b zu liefern. Der verteilte Generator 2 ist mit der handelsüblichen elektrischen Quelle 1 durch einen koppelnden bzw. Kopplungstrennschalter 3 und einen leistungsempfangenden Trennschalter 4 verbunden. Der einen Islanding-Betrieb detektierende Teil 10 ist mit dem verteilten Generator 2 direkt verbunden und mit der handelsüblichen elektrischen Quelle 1 durch die Trennschalter 3 und 4 verbunden. Der einen Islanding-Betrieb detektierende Teil 10 umfasst einen Kondensator 11, der mit einer Reihenschaltung einer Spule 11 und eines bidirektionalen leitenden Schalters 13 parallel verbunden ist. Der bidirektionale leitende Schalter 13 wird durch ein Paar Thyristoren 14a und 14b gebildet, die in Umkehr- und Parallelverbindung vorliegen. Im Stromversorgungssystem detektiert der einen Islanding-Betrieb detektierende Teil 10 einen Islanding-Betrieb des verteilten Generators 2 und führt einen notwendigen Sequenzprozess aus, der ein Abschalten des leistungsempfangenden Trennschalters 4 einschließt. Wenn das System in einem gekoppelten Zustand ist, in dem die handelsübliche elektrische Quelle 1 und der verteilte Generator 2 mit der Last verbunden sind, wird Blindleistung, die vom verteilten Generator 2 vom Typ einer Rotationsmaschine verbraucht wird, aufgrund der Blindleistungs-Steuerfunktion des einen Islanding-Betrieb detektierenden Teils 10 geändert, wie in Fig. 3 gezeigt ist, während keine Änderung der Frequenz der Blindleistung auftritt. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, tritt ferner die Abweichung der Spannung des Verbrauchers kaum auf.
Wenn der Kopplungstrennschalter 3 in einem Zustand geöffnet wird, in dem ein Leistungsfluss am koppelnden Trennschalter 3 Null ist, wird die Blindleistung des Verbrauchers aufgrund der Blindleistungs-Steuerfunktion wie in Fig. 3 gezeigt geändert. Daher wird die Spannung des Verbrauchers wie in Fig. 5 gezeigt verringert. Da der Generator 2 beschleunigt wird, wird in diesem Fall die Frequenz der elektrischen Leistung wie in Fig. 6 gezeigt angehoben, und der einen Islanding-Betrieb detektierende Teil 10 kann den Islanding-Betrieb mit Hilfe des Frequenzrelais 9 detektieren.
Fig. 7 zeigt eine Schaltung zum Durchführen der Blindleistungs- Steuerfunktion. Die Ziffern 11a, 11b und 11c sind einer Phase A, Phase B bzw. Phase C entsprechende Kondensatoren. Ziffern 12a, 12b und 12c sind Spulen für die jeweilige Phase A, Phase B und Phase C. Ziffern 13a, 13b und 13c sind bidirektionale leitende Schalter für die jeweilige Phase A, Phase B und Phase C.
Fig. 8 zeigt ein Verfahren zum Steuern der Blindleistung gemäß der Phase A. Der Thyristor 14a von Fig. 7 steuert den Zündpuls bezüglich der Phasenspannung Va innerhalb eines Bereichs 90-180º, und der Thyristor 14b steuert einen Zündpuls bezüglich der Phasenspannung Va innerhalb eines Bereichs 270-360º.
Mit dem so angeordneten einen Islanding-Betrieb detektierenden System kann, sogar falls der koppelnde Trennschalter unterbrochen ist, wenn der Leistungsfluss Null ist, der Islanding-Betrieb des verteilten Generators 2 aus der Änderung der Frequenz detektiert werden.
Was eine derartige Detektion anbetrifft, wurde eine digitale Simulation wie in Fig. 9 bis 23 gezeigt ausgeführt.

[Simulationsbedingung]

Der Leistungsfluss am koppelnden Trennschalter 3 im in Fig. 9 gezeigten System wurde bei etwa Null eingestellt, indem die Wirk- und Blindleistung bei 0,0071 MW - j0,00002 MVA eingestellt wurde, die Nennausgangsleistung des Generators 2 betrug 2 MVA, und die Wirk- und Blindleistung während der Simulation wurde bei 1,88 MW + j0,628 MVA eingestellt. Die Anlagenkonstanten (Spezifikation) wurden wie in Tabelle 1 gezeigt festgelegt.

TABELLE 1

Ankerwiderstand Ra [PU] 0,0185
Anker-Leckreaktanz X1 [PU] 0,104
d-Achse-Synchronreaktanz Xd [PU] 1,90
q-Achse-Synchronreaktanz Xq [PU] 0,99
transiente Reaktanz der d-Achse Xd' [PU] 0,265
transiente Reaktanz der q-Achse Xq' [PU] 0,88
subtransiente Reaktanz der d-Achse Xd"[PU] 0,172
subtransiente Reaktanz der q-Achse Xq"[PU] 0,192
transiente Zeitkonstante eines offenen Stromkreises einer d-Achse Td0'[sek] 2,64
transiente Zeitkonstante eines offenen Stromkreises einer q-Achse Tq0'[sek] 0,133
subtransiente Zeitkonstante eines offenen Stromkreises einer d-Achse Td0"[sek] 0,033
subtransiente Zeitkonstante eines offenen Stromkreises einer q-Achse Tq0"[sek] 0,104
Nullphasenwiderstand Rn [Ω]0,036
Nullphasenreaktanz Xn[Ω] 4,14
Trägheitsmoment M [sek] 2,36
worin das Trägheitsmoment M einen Generator, eine Energiemaschine und einen Reduzierer einschließt, und diese Simulation wurde unter Verwendung einer Schenkelpolmaschine ausgeführt.
Eine Steuerschaltungskonstante eines Reglers wurde wie in Fig. 10 gezeigt festgelegt, und diejenige des Spannungsschnellreglers (AVR) wurde wie in Fig. 11 gezeigt festgelegt. Die Blindleistungs-Steuerfunktion wurde durch Verwenden einer in Fig. 7 gezeigten Schaltung ausgeführt. Der Thyristor 14a von Fig. 7 ist angeordnet, um den Zündpuls bezüglich der Phasenspannung Va innerhalb eines Bereichs 90-180º zu steuern, und der Thyristor 14b ist angeordnet, um einen Zündpuls bezüglich der Phasenspannung Va innerhalb eines Bereichs 270-360º zu steuern. Die in Fig. 12 bis 23 gezeigte Blindleistungssteuerung wurde in einem Zustand ausgeführt, in dem der Zündpuls bezüglich der maximalen Kapazität 250 KVA bei einer Periode von 1,5 Hz gesteuert wurde.

[Ergebnis der Simulation]

Fig. 12 bis 15 zeigen den elektrischen Strom der Phase A des Koppelungstrennschalters 3, den Steuerungsbetrag der Blindleistung, die Empfangsendspannung (Verbraucher-Endspannung) bzw. die Empfangsendfrequenz, falls der Leistungsfluss am Kopplungstrennschalter 3 1 [A] ist und der Kopplungstrennschalter 3 bei t = 0,04 Sekunden unterbrochen wird.
Wie in Fig. 15 gezeigt ist, wurde die Frequenz geändert, so dass eine Spitze +0,2 Hz bei 0,7 Sekunden nach der Unterbrechung des koppelnden Trennschalters 3 gebildet wurde, und die Abweichung der Frequenz betrug dann -0,4 Hz bei 1,0 Sekunden und +0,38 Hz bei 1,4 Sekunden.
Im Fall der Detektion eines individuellen Betriebszustandes ist normalerweise erwünscht, dass der Einstellwert des Änderungsbetrages der Frequenz 0,1 Hz ist und die Detektionszeit innerhalb von 1,0 Sekunden liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher diese erwünschte Bedingung für die Detektion ausreichend erfüllt.
Fig. 16 bis 19 zeigen den elektrischen Strom der Phase A des Kopplungstrennschalters 3, den Steuerungsbetrag der Blindleistung, die Empfangsendspannung (Verbraucher-Endspannung) und die Empfangsendfrequenz, falls der Leistungsfluss des koppelnden Trennschalters 10 [A] beträgt und der Kopplungstrennschalter 3 in t = 0,5 Sekunden unterbrochen wird. Wie aus Fig. 19 klar ist, ist es möglich, den Islanding-Betrieb ähnlich demjenigen in Fig. 12 bis 15 zu detektieren.
Fig. 20 bis 23 zeigen den elektrischen Strom der Phase A des Kopplungstrennschalters 3, den Steuerungsbetrag der Blindleistung, die Empfangsendspannung (Verbraucher-Endspannung) und die Empfangsendfrequenz, falls die Last des Verbrauchers im gekoppelten Zustand unterbrochen wird. Diese Simulation der Fig. 20 bis 23 wurde ausgeführt, um zu bestätigen, ob die Detektion des individuellen Betriebszustandes durch die Frequenzänderung aufgrund des Ungleichgewichts der Eingabe und Abgabe des Generators ausgeführt wird, das durch die Last dc des Verbrauchers im gekoppelten Zustand erzeugt wird. Unmittelbar nach der Abtrennung der Last (t = 0,5 Sekunden), dargestellt in Fig. 20, wurde die Detektion der Frequenzänderung durch einen Zeitgeber mit 100-200 Millisekunden ausgeführt. Deshalb wurde, wie in Fig. 23 gezeigt ist, keine Fehldetektion ausgeführt.
Mit dem so eingerichteten Verfahren und der so eingerichteten Vorrichtung zum Detektieren des Islanding-Betriebs gemäß der vorliegenden Erindung ist es möglich, elektrische Leistung hoher Qualität, hohe Zuverlässigkeit in der elektrischen Stromversorgung und die vorzuziehende Möglichkeit einer Konstanthaltung sicherzustellen, da die Detektion des Islanding-Betriebs des verteilten Generators diesbezüglich detektiert wird, ob die Änderung der Frequenzkomponente größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Bezug nehmend auf Fig. 24 bis 29 ist eine zweite Ausführungsform des einen Islanding-Betrieb detektierenden Systems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Wie in Fig. 24 gezeigt ist, ist eine handelsübliche elektrische Quelle 1 mit einer Last 5b eines Verbrauchers durch einen Verteilerdraht 15 verbunden, wo der koppelnde Trennschalter 3, ein Stromtransformator 7, ein Transformator 6, ein Stromtransformator 7 und ein Verbraucher-Trennschalter 4 angeordnet sind. Zwischen dem Stromtransformator 7 und dem Transformator 6 ist ein Messgerättransformator 8 mit dem Verteilerdraht 15 verbunden, um ein Spannungssignal V als Eingabe an einen Berechnungssteuerteil 40 und einen Frequenzrelaisteil 20 zu liefern. Ein elektrisches Stromsignal I, das den durch den Verteilerdraht. 15 fließenden elektrischen Strom angibt, wird vom Stromtransformator 7 an den Berechnungssteuerteil 40 und den Frequenzrelaisteil 20 geliefert. Ein als verteilter Generator arbeitender Synchrongenerator 2 ist über einen Trennschalter 4 mit der Verbraucherlast 5b verbunden. Ein Spannungsschnellregler (AVR) 9 ist im Synchrongenerator 2 installiert.
Der Berechnungssteuerteil 40 umfasst einen Berechnungsteil 41, der das Detektionssignal I des elektrischen Stroms und das Spannungssignal V als Eingabe empfängt. Der Berechnungsteil 41 berechnet eine optimale kleine Abweichung der Frequenz und ihre Größe auf der Basis der Signale I und V, einer Generatorkonstante, einer Transferfunktion des Schnellspannungsreglers und einer Transferfunktion der Drehzahlsteuereinheit.
Der Frequenzrelaisteil 20 ist angeordnet, um das Detektionssignal I des elektrischen Stroms und das Spannungssignal V zu empfangen und ein Betriebssignal eines Relais einer ersten Stufe, ein Detektionssignal für den Islanding-Betrieb des Generators 2, ein Rücksetzsignal und ein Detektionssignal einer Abnormität abzugeben. Die Einzelheiten des Frequenzrelaisteils werden später mit Verweis auf Fig. 25 diskutiert.
Ein ein Störungssignal erzeugender Teil 30 umfasst einen Störungssignalgenerator 31, der bei Empfang des Frequenzsignals einer optimalen kleinen Abweichung eines Berechnungs-Ausgangssignals des Berechnungsteils 41 als Eingabe ein Störungssignal erzeugt, ein NAND-Gatter 32, welches das Ausgangssignal mit niedriger Verstärkung des Störungsgenerators 31, das Betriebssignal eines Relais der ersten Stufe des Frequenzrelaisteils 20 und Kontaktsignale der Hilfskontakte 3b und 4b der Trennschalter 3 und 4 als Eingabe empfängt, ein UND-Gatter 33, welches das Ausgangssignal mit hoher Verstärkung des Störungsgenerators 31, das Betriebssignal eines Relais der ersten Stufe und die Kontaktsignale als Eingabe empfängt, und ein ODER-Gatter 34, welches das Ausgangssignal des NAND-Gatters 32 und das Ausgangssignal des UND-Gatters 33 empfängt.
Wie in Fig. 25 gezeigt ist, werden ein Relais 21a einer ersten Stufe und ein Relais 21b einer zweiten Stufe bei Empfang des Spannungsdetektionssignals V betrieben. Ein Integralzeitgeber 22a einer ersten Stufe empfängt das Ausgangssignal des Relais 21a der ersten Stufe, ein Integralzeitgeber 21b einer zweiten Stufe empfängt die Ausgabe des Relais 22a der zweiten Stufe. Ein erstes NAND-Gatter 23a empfängt die Ausgangssignale des ersten Integralzeitgebers 22a und des zweiten Integralzeitgebers 22b als UND-Bedingung. Ein Einschaltverzögerungs-Zeitgeber 24 wird durch Empfangen des NAND-Ausgangssignals des NAND-Gatters 23a eingeschaltet. Eine erste und zweite Schaltamplitudenschaltung 25a und 25b empfangen das AN-Ausgangssignal des Einschaltverzögerungs-Zeitgebers 24 und geben nach einer vorbestimmten Einschaltzeit Signale B&sub1; bzw. B&sub2; ab. Ein erstes UND-Gatter 26a empfängt die Ausgangssignale des zweiten Schaltkreises 25b, des ersten Integralzeitgebers 22a und des zweiten Integralzeitgebers 22b als UND-Bedingung. Ein erstes ODER-Gatter 27a empfängt ein Ausgangssignal A&sub1; eines UND-Gatters 26b und ein Ausgangssignal A&sub2; eines NAND-Gatters 23b. Ein Unterspannungsrelais (UVR) 28 empfängt das Spannungsdetektionssignal V des Transformators 8. Ferner sind vorgesehen ein zweites ODER-Gatter 27b, eine Blindleistungs- Detektionsschaltung 29, welche das elektrische Stromsignal I und das Spannungsdetektionssignal V als Eingabe empfängt, ein zweites UND- Gatter 26b, welches das Ausgangssignal der Blindleitungs-Detektionsschaltung (Q) 29, das Kontakteingangssignal der Hilfskontakte 3a und 4a der Trennschalter 4 und 5 als UND-Bedingung empfängt, und ein dritter Integralzeitgeber 22c.
Die Art und Weise eines Betriebs des einen Islanding-Betrieb detektierenden Systems dieser Ausführungsform wird im Folgenden diskutiert.
Der Berechnungsteil 41 des Berechnungssteuerteils 40 empfängt ein Detektionssignal I des elektrischen Stroms, das den durch den Verteilerdraht 15 fließenden elektrischen Strom angibt, und ein Spannungssignal V durch den Transformator 8 als Eingabe. Der Berechnungsteil 41 berechnet eine optimale kleine Abweichung der Frequenz und ihren Betrag auf der Basis der Signale I und V, einer Generatorkonstante, einer Transferfunktion des Spannungsschnellreglers und einer Regler-Transferfunktion.
Die Frequenzrelais 21a und 21b der ersten Stufe und zweiten Stufe werden auf einen Empfang des Spannungsdetektionssignals V hin betätigt. Der erste Integralzeitgeber 22a führt ein Verzögerungsintegral des Ausgangssignals des Frequenzrelais 21a der ersten Stufe aus und liefert seine Ausgabe an das erste NAND-Gatter 23a, das erste UND-Gatter 26b und das zweite NAND-Gatter 23b. Ähnlich führt der zweite Integralzeitgeber 22b ein Verzögerungsintegral des Ausgangssignals des Frequenzrelais 21b der zweiten Stufe aus und liefert seine Ausgabe an das erste NAND-Gatter 23a, das erste UND-Gatter 26a und das zweite NAND-Gatter 23b. Das erste NAND-Gatter 23a gibt sein Ausgangssignal an den Einschaltverzögerungs-Zeitgeber 24 nur ab, wenn der erste Integralzeitgeber 22a ein Signal abgibt. Das Ausgangssignal des Einschaltverzögerungs-Zeitgebers 24 wird an die erste und zweite Schaltverstärkerschaltung 25a und 25b und das zweite NAND-Gatter 23b geliefert. Die erste Schaltverstärkerschaltung 25a wird als Antwort auf die Einspeisung des Signals für eine vorbestimmte Zeitperiode eingeschaltet und gibt ein Betriebssignal des Relais der ersten Stufe, das angibt, dass das Verstärkersignal einer kleinen Abweichung während des Betriebs des Frequenzsignals der ersten Stufe angibt, an den ein Störungssignal erzeugenden Teil 30 ab. Die zweite Schaltverstärkerschaltung 25b wird als Antwort auf die Einspeisung des Signals ebenfalls für eine vorbestimmte Zeitperiode eingeschaltet und gibt das Ausgangssignal an das erste NAND-Gatter 26a ab. Das erste NAND-Gatter 26a wird betätigt und gibt ein Ausgangssignal A&sub1; an das erste NOR-Gatter 27a nur ab, wenn sowohl der erste und zweite Integralzeitgeber 22a und 22b als auch die zweite Schaltverstärkerschaltung 25b die Ausgangssignale abgeben. Das zweite NAND-Gatter 23b gibt ein Ausgangssignal A&sub2; an das erste ODER-Gatter 27a ab, wenn der erste und zweite Integralzeitgeber 22a und 22b Signale abgeben und der Einschaltverzögerungs-Zeitgeber 24 kein Signal abgibt. Das erste NOR-Gatter 27a empfängt das Ausgangssignal A&sub1; des ersten NAND-Gatters 26a und das Ausgangssignal A&sub2; des zweiten NAND-Gatters 23b als ODER-Bedingung und gibt das einen Islanding- Betrieb detektierende Signal des Synchrongenerators 2 an den Trennschalter 3 ab.
Das Unterspannungsrelais 28 des Frequenzrelaisteils 20 empfängt das Spannungsdetektionssignal V und detektiert eine Unterspannung und gibt sein Ausgangssignal an das zweite ODER-Gatter 27b ab. Das zweite ODER-Gatter 27b gibt ein Rücksetzsignal ab, wenn die Untätigkeitsperiode (engl. non-operable period) des Frequenzrelais 21a der ersten Stufe größer als ein vorbestimmter Wert ist und wenn die Untätigkeitsperiode des Frequenzrelais 21b der zweiten Stufe größer als ein vorbestimmter Wert ist. Das Blindleistungs-Detektionsrelais 29 empfängt das elektrische Stromsignal I und das Spannungsdetektionssignal V und gibt sein Ausgangssignal an das zweite UND-Gatter 26b ab. Das zweite UND-Gatter 26b empfängt das Ausgangssignal des Blindleistungs-Detektionsrelais 29, das Kontaktsignal des Hilfskontaktes 3a des Kopplungstrennschalters 3 und das Kontaktsignal des Hilfskontakts 4a des Verbraucher-Trennschalters 4 und gibt ein Detektionssignal ab, das angibt, dass der ein Störungssignal erzeugende Teil in Schwierigkeiten ist bzw. eine Störung aufweist.
In dem ein Störungssignal erzeugenden Teil 30 empfängt der Störungssignalgenerator 31 das Ausgangssignal des Berechnungsteils 41 und gibt ein Störungssignal mit niedriger Verstärkung oder ein Störungssignal mit hoher Verstärkung ab. Das NAND-Gatter 32 empfängt das Störungssignal mit niedriger Verstärkung vom Störungssignalgenerator 31, das Betriebssignal des Frequenzrelais der ersten Stufe vom Frequenzrelaisteil 20, die Kontaktsignale der jeweiligen Hilfskontakte 3b und 4b als Eingabebedingung und gibt sein Ausgangssignal an das ODER-Gatter 34 ab. Das UND- Gatter 33 empfängt das Störungssignal mit hoher Verstärkung des Störungssignalgenerators 31, das Betriebssignal des Frequenzrelais der ersten Stufe vom Frequenzrelaisteil 20, die Kontaktsignale der jeweiligen Hilfskontakte 3b und 4b als Eingabebedingung und gibt sein Ausgangssignal an das ODER-Gatter 34 ab. Das ODER-Gatter 34 gibt sein Ausgangssignal an den Spannungsschnellregler 9 als das Signal einer kleinen Abweichung des Spannungseinstellwertes ab.
Der ein Störungssignal erzeugende Teil 30 arbeitet, um eine kleine Abweichung einer vorbestimmten Periode zum Spannungseinstellwert des Spannungsschnellreglers 9 des Synchrongenerators 2 zu liefern. Der Störungssignalgenerator 31 gibt das Signal einer kleinen Abweichung einer vorbestimmten Periode ab. Die Periode und die Größe des Abweichungssignals werden durch die Berechnung des Berechnungssteuerteils 40 erhalten.
Der Berechnungssteuerteil 40 berechnet die Zyklusperiode und die Größe der kleinen Abweichung aus der Gleichung (11) oder (12), die später erwähnt wird, und gibt das berechnete Ergebnis an den ein Störungssignal erzeugenden Teil 30 ab. Durch Einspeisen der Spannung V und des elektrischen Stroms I des Generators, der Maschinenkonstante des Generators 1, der Transferfunktion des Spannungsschnellreglers 9 und der Transferfunktion des Reglers in den Berechnungsteil 41 und durch Substituieren des erhaltenen Ergebnisses und der oben erwähnten Konstante und des Wertes der Transferfunktion in die Gleichung (11) wird daher die durch die Gleichung (12) repräsentierte Transferfunktion berechnet. Deshalb wird es möglich, den Abweichungszyklus zu erhalten, um maximal empfindlich zu sein.
Der Einschwingwert des Frequenzrelaisteils 20 wird bei einem Wert bestimmt, gemäß dem in der normalen Frequenz während des Zustands einer Kopplung mit dem System keine Fehlfunktion auftritt. Daher wird die Größe des Abweichungsbetrages so bestimmt, dass die Abweichung der Frequenz während des Islanding-Betriebs größer als die Einschwingwerte wird. Die Größe und die Frequenz des berechneten optimalen Abweichungsbetrags werden an den Berechnungssteuerteil 40 abgegeben. Der Frequenzrelaisteil 20 empfängt die Spannung V des Generators als Eingabe und erhält die Abweichung der Frequenz. Wenn der Wert größer als der Einschwingwert wird, detektiert der Frequenzrelaisteil 20 den Islanding- Betrieb des Synchrongenerators 2 und gibt einen Ausschaltbefehl an den koppelnden Trennschalter 3 ab, um den Islanding-Betrieb des Synchrongenerators 2 zu verhindern.
Als Gegenplan in bezug auf eine falsche Detektion des Islanding-Betriebs ist insbesondere der Frequenzrelaisteil 20 mit dem Frequenzrelais (FR1) 21a der ersten Stufe mit einem niedrigen Einschwingwert und dem Frequenzrelais (FR2) 21b der zweiten Stufe mit einem hohen Einschwingwert versehen. Wenn das Relais 21a der ersten Stufe betätigt wird und das Relais 21b der zweiten Stufe nicht betätigt wird, wird die Größe der kleinen Abweichung des Spannungseinstellwertes des Spannungsschnellreglers 9 für eine vorbestimmte Zeit verstärkt, die durch den Einschaltvorgang einer Schaltung 25a für eine vorbestimmte Zeit aus einer Signaleingabe bestimmt ist. Für eine vorbestimmte Zeit, die durch den Einschaltvorgang einer Schaltung 25b ähnlich der Schaltung 25a von einer Zeit an, in der die Bedingung erfüllt ist, ähnlich bestimmt ist, und in dem Fall, dass die Frequenzrelais 21a und 21b der ersten Stufe und der zweiten Stufe beide betätigt werden, entscheidet ferner das System, dass der Synchrongenerator 2 im Islanding-Betrieb ist.
Wenn der Generator 2 den Islanding-Betrieb startet, wird, falls der Leistungsfluss des Kopplungspunktes der Systemseite groß ist, das Ungleichgewicht der Einspeisung und der Abgabe des Synchrongenerators 2 groß, und die Frequenz des Generators wird ebenfalls angehoben. Unmittelbar nach dem Start des Islanding-Betriebs wie oben erwähnt können dementsprechend die beiden Frequenzrelais 21a und 21b der ersten Stufe und der zweiten Stufe betrieben werden. Um die Verzögerung der Detektionszeit für diesen Islanding-Betrieb nicht zu erzeugen, ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingerichtet, um den Islanding-Betrieb ohne Verstärken der Größe der kleinen Abweichung zu detektieren, wenn die beiden Frequenzrelais 21a und 21b der ersten Stufe und der zweiten Stufe betätigt werden. Der Einschwingwert des Frequenzrelais 21a der ersten Stufe wird so bestimmt, dass keine Fehlfunktion aufgrund der normalen Abweichung der Frequenz während des Zustands einer Kopplung mit dem System erzeugt wird, und der Einschwingwert des Frequenzrelais 21b der zweiten Stufe wird so bestimmt, dass dessen Größe dem Betrag einer verstärkten kleinen Abweichung entspricht. Dies ermöglicht, dass der Islanding-Betrieb zuverlässig ausgeführt wird.
Fig. 26 zeigt einen Betrieb der Frequenzrelais 21a und 21b eines aktiven Typs zu einer Zeit, nachdem der Generator 2 den Islanding-Betrieb startet, in einem Zustand, in dem der Leistungsfluss des Kopplungspunktes mit dem System Null ist. Die Frequenz des Generators 2 nach dem Start des Islanding-Betriebs des Generators 2 wird geändert, um im Allgemeinen eine Sinuswelle zu bilden, und ihre Größe wird gemäß dem Verlauf der Zeit bis zum stationären Zustand nach und nach erhöht, wie durch ein Simulationsergebnis der Fig. 33 und 36 gezeigt ist. Daher wiederholt jedes aktive Frequenzrelais 21a, 21b, welches arbeitet, wenn die Abweichung der Frequenz größer als der vorbestimmte Wert wird, die Rücksetzung des Betriebs, wie in den Figuren gezeigt ist.
Da der Synchrongenerator 2 andererseits beschleunigt wird, um seine Frequenz zu erhöhen, wenn die Kurzschlussstörung im System aufgetreten ist, ist ein Zeitgeber 22a, 22b in jedes Frequenzrelais 21a, 21b eingebaut, um eine falsche Detektion aufgrund einer solchen Störung zu verhindern. Der Einschwingwert des Zeitgebers 22a, 22b wird eingestellt, um eine ausreichende Zeit zum Lösen der Schwierigkeit bzw. Störung durch ein einen Kurzschluss lösendes Relais sicherzustellen, das in einer Verteilernebenstation installiert ist. Da der Zeitgeber 22a, 22b eingerichtet ist, um die Zählung und das Zurücksetzen zu wiederholen, nachdem der Islanding-Betrieb gestartet ist, wird die Verzögerung der Detektionszeit durch Übernehmen des Integralverfahrens verhindert. Da das Unterspannungsrelais (UVR) 28 einen solchen Kurzschlussunfall detektieren kann, ist ferner das Unterspannungsrelais 28 installiert, um den Ausgang des Frequenzrelais zu sperren, um die fehlerhafte Detektion des Kurzschlussunfalls zu verhindern.
Der Einstellzustand des Zeitgebers 22a, 22b soll während des Betriebs des Unterspannungsrelais 28 ausgeführt werden. Fig. 27 bis 29 zeigen Operationssequenzen des Frequenzrelaisteils 20. Das Zeitablaufdiagramm von Fig. 27 zeigt grundlegende Betriebswellenformen und zeigt Betriebswellenformen der Detektion eines Islanding-Betriebs durch Verstärken der kleinen Abweichung aufgrund der Operation des Frequenzrelais 21a der ersten Stufe. Das Zeitablaufdiagramm von Fig. 28 zeigt Betriebswellenformen, falls das Frequenzrelais 21a der ersten Stufe und das Frequenzrelais 21b der zweiten Stufe die gleichen Operationen durchführen. Fig. 29 zeigt Wellenformen, wenn der Wert einer kleinen Abweichung durch die Operation des Frequenzrelais 21b der ersten Stufe verstärkt wird. In Fig. 27 und 28 bezeichnen FR1 und FR2 Betriebswellenformen der Frequenzrelais 21a und 21b der ersten Stufe und der zweiten Stufe. Zeitgeber 1 und Zeitgeber 2 bezeichnen Betriebswellen der Integralzeitgeber 22a und 22b. B&sub1; und B&sub2; bezeichnen Ausgangswellen der Schaltverstärkerschaltungen 25a und 25b. A&sub1; bezeichnet eine Ausgangswellenform des UND- Gatters 26a. A&sub2; bezeichnet eine Ausgangswellenform des NAND-Gatters. C bezeichnet eine Detektionswellenform des Islanding-Betriebs. Wie in Fig. 28 gezeigt ist, soll der Einschwingwert des Einschaltverzögerungs- Zeitgebers 24 bei einem größeren Wert als der Dispersion der Betriebszeit des Frequenzrelais 21a der ersten Stufe und des Frequenzrelais 21b der zweiten Stufe eingestellt werden, falls der Einschwingwert des Rücksetzsignals T&sub1; des ersten Integralzeitgebers 22a der gleiche wie derjenige des Rücksetzsignals T&sub2; des zweiten Integralzeitgebers 22b ist.

[Simulation]

Was eine derartige Detektion vom aktiven Typ anbetrifft, wurde eine digitale Simulation der zweiten Ausführungsform wie in Fig. 30 bis 38 dargestellt ausgeführt.
Fig. 30 zeigt eine Systemansicht, die Systemkonstanten enthält. Tabelle 2 und Fig. 31 und 32 zeigen die Maschinenkonstanten des Generators 2 und die Konstante seines Reglers bzw. die Konstante des Spannungsschnellreglers. Die Wirkleistungsabgabe des Generators 2 beträgt 1,83 MW. Die Blindleistungsabgabe beträgt 0,4 MVA. Die verbleibende Wirkleistung 0,916 MW wird ein Umkehrleistungsstrom, der an einer externen Last L&sub0; verbraucht werden soll. Unter dieser Bedingung wird der Leistungsfluss am Trennschalter CB0 des Kopplungspunktes der Systemseite Null.

TABELLE 2

Nennfrequenz [Hz] 50
Referenzkapazität [MVA] 2
Referenzspannung [kV] 6,6
Ankerwiderstand Ra [PU] 0,0185
Anker-Leckreaktanz X1 [PU] 0,104
d-Achse-Synchronreaktanz Xd [PU] 1,90
q-Achse-Synchronreaktanz Xq [PU] 0,99
transiente Reaktanz der d-Achse Xd [PU] 0,265
transiente Reaktanz der q-Achse Xq [PU] 0,88
subtransiente Reaktanz der d-Achse Xd" [PU] 0,172
subtransiente Reaktanz der q-Achse Xq"[PU] 0,192
transiente Zeitkonstante eines offenen Stromkreises einer q-Achse Td0'[sek] 2,64
transiente Zeitkonstante eines offenen Stromkreises einer q-Achse Tq0'[sek] 0,133
subtransiente Zeitkonstante eines offenen Stromkreises einer q-Achse Td0"[sek] 0,033
subtransiente Zeitkonstante eines offenen Stromkreises einer q-Achse Tq0"[sek] 0,104
Nullphasenwiderstand Rn [Ω] 0,036
Nullphasenreaktanz Xn [Ω] 4,14
Trägheitsmoment M [sek] 2,36
Fig. 33 bis 36 zeigen jeweils die Abweichungsbeträge des Einstellwertes der AVR-Spannung, der Anschlussspannung, der Generatorfrequenz und den Abweichungsbetrag der Blindspannung des Generators 2. Wie in Fig. 33 bis 36 gezeigt ist, wird, obwohl man die Generatorfrequenz im Zustand einer Kopplung mit dem System nahezu nicht abweichen ließ, ihre Abweichung groß, nachdem der Islanding-Betrieb startete. Die Anschlussspannung des Generators 2 wurde ähnlich geändert. Auf der anderen Seite zeigte der Abweichungsbetrag der Blindleistung eine umgekehrte Tendenz gegenüber derjenigen der Generatorfrequenz.
Fig. 37 zeigt als nächstes die Abweichung der Frequenz im Islanding- Betrieb, wenn der Abweichungsbetrag (1%) des Spannungseinstellwertes des Spannungsschnellreglers (AVR) konstant war und der Abweichungszyklus geändert wurde. Die graphische Darstellung von Fig. 37 repräsentiert, dass maximale Empfindlichkeit bei einer Abweichungsperiode (Zyklus) von 0,4 Hz erhalten wurde. Um den Einfluss auf das System im Zustand einer Kopplung mit dem System möglichst zu verringern, ist es wichtig, eine solche Abweichungsperiode auszuwählen, um die maximale Empfindlichkeit zu erhalten. Fig. 38 zeigt die Frequenz des Generators im Islanding-Betrieb, wenn der Abweichungsbetrag des Spannungseinstellwertes des Spannungsreglers (AVR) bei 1% fixiert und die Frequenzperiode bei 0,4 Hz fixiert und die Wirkleistung des Generators geändert wurde. Dies stellt dar, dass man die Frequenz im Verhältnis zur Wirkleistung des Generators 2 abweichen ließ.

[Theoretische Untersuchung eines aktiven Verfahrens]

Da das Modell des Generators durch die Dämpferspule im aktiven Verfahren nahezu nicht beeinflusst wird, wird ein transientes Modell darauf angewendet, in welchem der Einfluss der Dämpferspule vernachlässigt wird.
Gemäß der Zweiachsentheorie für den Synchrongenerator werden im Islanding-Betrieb die folgenden Gleichungen aufgestellt.
Te = LT(E'q)² (1)
Vfd = LfdEq' + Td'0(d/dt)Eq' (2)
Et = LetEq' (3)
worin Te, Vfd und Et ein elektrisches Ausgangsdrehmoment, eine Feldspannung bzw. Anschlussspannung des Generators repräsentieren. Eq' ist eine transiente q-Achsen-Spannung des Generators, Td'0 ist eine transiente Zeitkonstante eines offenen Stromkreises der d-Achse und Lt, Lfd und Let sind durch die folgenden Gleichungen (4) definiert.
ZL = RL + jXL ist eine Impedanz entsprechend der Abgabe des Generators. Die Konstanten mit Ausnahme von ZL in den Gleichungen (4) sind in Tabelle 1 dargestellt. Da die Abweichung aufgrund des aktiven Verfahrens sehr klein ist, werden durch Ausführen einer linearen Approximation und Laplace-Transformation an den Gleichungen (1) bis (3) die folgenden Gleichungen erhalten.
ΔTe = 2LTEq'0·ΔEq' (5)
ΔVfd = (Lfd + STd'0)·ΔEq' (6)
ΔEt = LetΔEq' (7)
worin ΔTe, ΔVfd, ΔEt und ΔEq die Laplace-Transformationswerte zu der sehr kleinen Abweichung von Te, Vfd, Et und E'q sind; Eq'0 ist ein Durchschnittswert von Eq' im Zustand einer Kopplung mit dem System.
Was die in Fig. 31 gezeigte Reglerschaltung anbetrifft, wird als nächstes unter der Annahme, dass die Referenzdrehzahl und der Lasteinstellwert konstant sind, und durch Ausführen der linearen Approximation die folgende Gleichung erhalten:
ΔTin = -GGOVΔωm (8)
worin ΔTm und Δωm Laplace-Transformationswerte der Energiemaschinenabgabe Tm und der Generatordrehzahl ωm bezüglich der sehr kleinen Abweichung sind, GGOV eine Transferfunktion des Reglers ist und GGOV = {10,0/(1 + 0,1S)} · {1,0/(1 + 0,6S)) ist.
Was die Schaltung des Spannungsschnellreglers (AVR) von Fig. 32 anbetrifft, wird die Zeitkonstante der Schaltung zur Detektion der Anschlussspannung aufgrund ihres kleinen Wertes vernachlässigt. Die folgende Gleichung wird erhalten, indem sie linear approximiert wird:
ΔVfd = GAVR(ΔVAVR - ΔEt) (9)
worin ΔVAVR eine Transferfunktion bezüglich des AVR-Spannungseinstellwertes ist, GAVR die Transferfunktion der AVR-Schaltung ist und GAVR = {10,0(1 + 1,56S)/1,56S} · {1,0/(1 + 0,2S)} ist.
Die folgende Gleichung wird durch lineares Approximieren der Schwingungsgleichung des Generators erhalten.
2H(dΔωm/dt) = ΔTm - ΔTe (10)
worin 2H eine Trägheitskonstante des Generators (einschließlich der Energiemaschine) ist.
Fig. 39 zeigt ein Blockdiagramm der Transferfunktion im Islanding-Betrieb nach den Gleichungen (5) bis (10). Aus dem Blockdiagramm von Fig. 39 wird die Transferfunktion Δωm der Generatorfrequenz bezüglich der Abweichung ΔVAVR des Einstellwertes der AVR-Spannung wie folgt erhalten.
Die Frequenzabweichung des Generators im Islanding-Betrieb ist durch die Konstanten Lt, Lfd und Let bestimmt, die durch die Maschinenkonstante und den Abgabezustand des Generators, den Durchschnittswert Eq'0 in der transienten Spannung der q-Achse im Zustand einer Kopplung mit dem System, die transiente Zeitkonstante Td'0 eines offenen Stromkreises der d-Achse und die Transferfunktionen GAVR und GGOV der AVR-Schaltung und der Reglerschaltung und die Einheitsträgheitskonstante 2H des Generators für die Gleichung (11) bestimmt werden.
Wenn die Wirkleistungsabgabe des Generators 1,83 MW beträgt, die Blindleistungsabgabe 0,267 MVA beträgt und der Leistungsfluss des Kopplungspunktes mit dem System in der Gleichung (11) Null ist, wird die Transferfunktion Δωm wie folgt erhalten.
Die Gleichung (12) stellt dar, dass die Frequenzabweichung des Generators durch die Abgabebedingung des Generators, die Maschinenkonstante des Generators, die Transferfunktionen der AVR-Schaltung und der Reglerschaltung, den Abweichungsbetrag des Spannungseinstellwertes des AVR und den Abweichungszyklus erhalten werden kann. Fig. 40 zeigt ein Bode-Diagramm bezüglich der Gleichung (12). In diesem Diagramm wird die maximale Empfindlichkeit erhalten, wenn die Abweichungsfrequenz des AVR-Spannungseinstellwertes 0,4 Hz beträgt. Diese Tatsache entspricht allgemein dem Simulationsergebnis, das in Fig. 37 dargestellt ist.

Claims

1. Verfahren zum Detektieren eines Islanding-Betriebs eines verteilten Generators (2) vom Typ einer rotierenden Maschine, wobei der verteilte Generator (2) über einen Trennschalter (3, 4) mit einer elektrischen Hauptquelle (1) gekoppelt ist, um ein Stromversorgungssystem zu bilden, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, bei denen:

ein Abweichungssignal von einem ein Störungssignal erzeugenden Teil (30) in einen Spannungsschnellregler (9) des verteilten Generators (2) eingespeist wird;

eine Frequenzabweichung detektiert wird;

ein Islanding-Betriebssignal abgegeben wird, wenn die detektierte Frequenzabweichung größer als ein vorbestimmter Wert wird;

dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner Schritte aufweist, bei denen:

in einem Berechnungssteuerteil (40) eine optimale Abweichung und Zyklusperiode der Frequenz des Stromversorgungssystems aus einer Ausgabe und einer Maschinenkonstante des verteilten Generators (2), aus einer Transferfunktion des Spannungsschnellreglers (9) und aus einer Transferfunktion eines Reglers des verteilten Generators (2) berechnet werden;

von der berechnenden Steuereinheit (40) die optimale Frequenzabweichung und die Zyklusperiode in den das Störungssignal erzeugenden Teil (30) eingegeben werden;

von dem ein Störungssignal erzeugenden Teil (30) ein kleines Abweichungssignal einer vorbestimmten Periode an den Spannungsschnellregler (9) abgegeben wird, wenn die Frequenzabweichung und die Zyklusperiode von dem Berechnungssteuerteil (40) erhalten werden;

man den Spannungseinstellwert des Spannungsschnellreglers (9) um das kleine Abweichungssignal abweichen lässt;

in einem Frequenzsignal-Relaisteil (20) die Frequenzabweichung als eine berechnete Frequenzabweichung und der vorbestimmte Wert als Frequenzrelais-Einschwingwert detektiert werden;

ein Ausschaltbefehl an den koppelnden Trennschalter (3) abgegeben wird, wenn das Islanding-Betriebssignal vom Frequenzsteuerteil (20) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzrelaisteil (20) ein einen niedrigen Einschwingwert einstellendes Frequenzrelais (21a) einer ersten Stufe und ein einen hohen Einschwingwert einstellendes Frequenzrelais (21b) einer zweiten Stufe enthält, wobei der Frequenzrelaisteil (20) die Detektion des Islanding-Betriebs ausführt, wenn die Größe der Abweichung des Spannungseinstellwertes für eine vorbestimmte Zeit verstärkt wird, gemäß der Erfüllung einer Bedingung, dass das Frequenzrelais (21a) der ersten Stufe betrieben wird und das Frequenzrelais (21b) der zweiten Stufe nicht betrieben wird und dann, wenn die beiden Frequenzrelais (21a, 21b) der ersten Stufe und zweiten Stufe betrieben werden; wobei die Detektion des Islanding-Betriebs ausgeführt wird, ohne die Größe der sehr kleinen Abweichung zu verstärken, wenn die beiden Frequenzrelais (21a, 21b) der ersten Stufe und zweiten Stufe betrieben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzrelaisteil (20) ein Signal abgibt, das den Islanding- Betrieb des Generators (2) angibt, wenn die Zeitperiode, in der der Abweichungsbetrag der Frequenz größer als der Einschwingwert ist, größer als die vorbestimmte Zeit wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine falsche Detektion des Islanding-Betriebs aufgrund der Beschleunigung des verteilten Generators (2), die durch den Kurzschlussunfall eines anderen Systems hervorgerufen wird, das mit dem verteilten Generator (2) verbunden ist, verhindert wird durch eine zeitlich festgelegte Beziehung mit einem einen Kurzschluss entfernenden Relais des Systems.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzrelaisteil (20) eine Verriegelung des Ausgangssignals des Frequenzrelais durch den Betrieb eines Unterspannungsrelais (28) zum Detektieren eines Kurzschlussunfalls ausführt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zustand des verteilten Generators (2) durch das Öffnen- und-Schließen-Signal des Trennschalters (3, 4) detektiert wird, wobei der ein Störungssignal erzeugende Teil (30) das Abweichungssignal an den Spannungsschnellregler (9) nur abgibt, wenn der verteilte Generator (2) mit dem Stromversorgungssystem gekoppelt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzrelais den Abweichungsbetrag der Blindleistung des verteilten Generators (2) überwacht und die Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils (30) detektiert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung des verteilten Generators (2) mit dem System durch das Öffnen-und-Schließen-Signal des mit dem System koppelnden Trennschalters (3, 4) detektiert wird, wobei die Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils (30) nur detektiert wird, wenn der verteilte Generator (2) mit dem Stromversorgungssystem gekoppelt ist, um eine falsche Detektion der Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils (30) aufgrund der Verringerung des Abweichungsbetrags der Blindleistung des verteilten Generators (2) aufgrund der Abweichung des Spannungseinstellwertes des verteilten Generators (2) zu verhindern.

9. Vorrichtung zum Detektieren eines Islanding-Betriebs eines verteilten Generators (2) vom Typ einer rotierenden Maschine, wobei der verteilte Generator (2) über einen Trennschalter (3, 4) mit einer elektrischen Hauptquelle (1) gekoppelt ist, um ein Stromversorgungssystem zu bilden, wobei die Vorrichtung umfasst:

- ein ein Störungssignal erzeugendes Mittel (30) zum Einspeisen eines Abweichungssignals in einen Spannungsschnellregler (9) des verteilten Generators (2);

- ein Mittel (20) zum Detektieren einer Frequenzabweichung;

- ein Mittel zum Abgeben eines Islanding-Betriebssignals, wenn die detektierte Frequenzabweichung größer als ein vorbestimmter Wert wird;

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung ferner umfasst:

- ein Berechnungssteuerteilmittel (40) zum Berechnen einer optimalen Abweichung und Zyklusperiode der Frequenz des Stromversorgungssystems aus einer Ausgabe und einer Maschinenkonstante des verteilten Generators (2), aus einer Transferfunktion des Spannungsschnellreglers (9) und aus einer Transferfunktion eines Reglers des verteilten Generators (2);

- ein Mittel zum Eingeben, von dem Berechnungssteuerteil (40), der optimalen Frequenzabweichung und ihrer Zyklusperiode in den ein Störungssignal erzeugenden Teil (30);

- in dem ein Störungssignal erzeugenden Teil (30), ein Mittel zum Abgeben eines kleinen Abweichungssignals einer vorbestimmten Periode an den Spannungsschnellregler (9), wenn die Frequenzabweichung und die Zyklusperiode von dem Berechnungssteuerteil (40) erhalten werden;

- ein Mittel zum Abweichenlassen des Spannungseinstellwertes des Spannungsschnellreglers (9) um das kleine Abweichungssignal (9);

- wobei das Mittel (20) als ein Frequenzrelaisteil aufgebaut ist, aufweisend:

- ein Mittel zum Detektieren der detektierten Frequenzabweichung als eine berechnete Frequenzabweichung,

- ein Mittel zum Erzeugen des vorbestimmten Wertes als einen Relais-Einschwingwert,

- und ein Mittel zum Abgeben eines Ausschaltbefehls an den koppelnden Trennschalter (3), wenn das Islanding-Betriebssignal erzeugt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzrelaisteil (20) ein Frequenzrelais (21a) einer ersten Stufe zum Einstellen eines niedrigen Einschwingwerts und ein Frequenzrelais (21b) einer zweiten Stufe zum Einstellen eines hohen Einschwingwerts enthält, wobei der Frequenzrelaisteil (20) vorgesehen ist, um die Detektion des Islanding-Betriebs auszuführen, wenn die Größe der Abweichung des Spannungseinstellwertes für eine vorbestimmte Zeit verstärkt wird, gemäß der Erfüllung einer Bedingung, dass das Frequenzrelais (21a) der ersten Stufe betrieben wird und das Frequenzrelais (21b) der zweiten Stufe nicht betrieben wird und dann, wenn die beiden Frequenzrelais (21a, 21b) der ersten Stufe und zweiten Stufe betrieben werden; wobei die Vorrichtung dafür ausgelegt ist, dass die Detektion des Islanding-Betriebs ausgeführt wird, ohne die Größe der sehr kleinen Abweichung zu verstärken, wenn die beiden Frequenzrelais (21a, 21b) der ersten Stufe und zweiten Stufe betrieben werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzrelaisteil (20) vorgesehen ist, um ein Signal abzugeben, das den Islanding-Betrieb des Generators (2) angibt, wenn die Zeitperiode, in der der Abweichungsbetrag der Frequenz größer als der Einschwingwert ist, größer als die vorbestimmte Zeit wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgelegt ist, dass eine falsche Detektion des Islanding- Betriebs aufgrund der Beschleunigung des verteilten Generators (2), die durch den Kurzschlussunfall eines anderen Systems hervorgerufen wird, das mit dem verteilten Generator (2) verbunden ist, verhindert wird durch eine zeitlich festgelegte Beziehung mit einem einen Kurzschluss entfernenden Relais des Systems.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzrelaisteil (20) vorgesehen ist, um eine Verriegelung des Ausgangssignals des Frequenzrelais durch den Betrieb eines Unterspannungsrelais (28) zum Detektieren eines Kurzschlussunfalls auszuführen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgelegt ist, dass ein Zustand des verteilten Generators (2) durch das Öffnen-und-Schließen-Signal des Trennschalters (3, 4) detektiert wird und der ein Störungssignal erzeugende Teil (30) das Abweichungssignal an den Spannungsschnellregler (9) nur abgibt, wenn der verteilte Generator mit dem Stromversorgungssystem gekoppelt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzrelais vorgesehen ist, um den Abweichungsbetrag der Blindleistung des verteilten Generators (2) zu überwachen und die Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils (30) zu detektieren.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgelegt ist, dass die Kopplung des verteilten Generators (2) mit dem System durch das Öffnen-und-Schließen-Signal des mit dem System koppelnden Trennschalters (3, 4) detektiert wird und die Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils (30) nur detektiert wird, wenn der verteilte Generator (2) mit dem Stromversorgungssystem gekoppelt ist, um eine falsche Detektion der Abnormität des ein Störungssignal erzeugenden Teils (30) aufgrund der Verringerung des Abweichungsbetrags der Blindleistung des Generators (2) aufgrund der Abweichung des Spannungseinstellwertes des verteilten Generators (2) zu verhindern.