专利名称：防止低周跳电的小电网供电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及小电网的防止低周跳电技术，更具体地说是涉及一种防止低周跳 电的小电网供电系统。
背景技术：
在小电网的电气系统中，如图1所示，通常由发电机组1、变电所2、大功率用户降 压变压器3、一般性负载4以及冲击性负载5等组成。冲击性负载5的有功冲击将引起电 网频率的波动，频率波动的大小大致与冲击负荷大小成正比，与电网容量大小成反比。当 小电网的用户带若干个大功率冲击性负载5时，电网频率会发生较大的波动。在国标GB/ T15945-1995中对于电网的频率波动作了规定，其中大电网不得超过0. 2Hz，小电网不得超 过0.5Hz。但在实际应用中，小电网带大功率冲击负载时，频率的波动常常超过0.5Hz。例 如短路容量为100M的小电网带多台冲击功率约3M的负载时，频率的波动常超过1. OHz,当 这种波动超过1. 2Hz时，图1中变电所2的OFn开关会低周跳电，以避免全电网系统不崩 溃。由此可见，现有技术中并没有在用户端实时测控并计算电网耐负载冲击的强度的监测 设备，来适度地控制大功率冲击负载的大小。
实用新型内容针对现有技术中存在的小电网因多台大功率冲击性负载的冲击而引起的低周跳 电问题，本实用新型的目的是提供一种防止低周跳电的小电网供电系统，可以避免因多台 大功率冲击性负载冲击叠加引起的电网低周跳电。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种防止低周跳电的小电网供电系统，包括发电机组、与发电机组依次连接的变 电所、大功率用户的降压变压器以及冲击性负载，所述小电网系统还包括防跳电机构，防跳 电机构的输入端与降压变压器的输出端连接，防跳电机构的输出端与冲击性负载的输入端 连接。所述防跳电机构包括数据采集单元、控制单元以及错峰控制单元，所述的数据采 集单元的输入端与降压变压器的输出端连接，控制单元的输入端与数据采集单元的输入端 连接；错峰控制单元位于降压变压器与冲击性负载之间，控制单元还通过数据采集单元的 通信接口与错峰控制单元实现双向通信连接。所述数据采集单元包括频率变送器、有功变送器，频率变送器、有功变送器分别设 于降压变压器与控制单元之间。所述控制单元包括电网能力计算单元以及接收电网仿真曲线的信号接口，电网能 力计算单元的输入端分别与频率变送器、有功变送器的输出端连接。与现有技术相比，采用本实用新型一种防止低周跳电的小电网供电系统，包括发 电机组、与发电机组依次连接的变电所、大功率用户的降压变压器以及冲击性负载，所述小 电网系统还包括防跳电机构，防跳电机构的输入端与降压变压器的输出端连接，防跳电机
3构的输出端与冲击性负载的输入端连接。由于采用了防跳电机构，可以方便的获取当前用 户和电网的实时运行数据，通过计算小电网系统耐负载冲击的能力，并对冲击性负载实施 错峰控制，使负载冲击的总量总是被限制在电网能承受的范围之内，避免因多台大功率冲 击性负载冲击叠加引起的电网低周跳电。
图1是现有技术中小电网供配电系统的结构示意图；图2是本实用新型的防止低周跳电的小电网供电系统的结构示意图；图3是图2中数据采集单元、控制单元与冲击性负载的原理示意图；图4a和图4b是图2中电网仿真曲线的示意图；图5是本实用新型中的电网能力计算单元的原理示意图；图6是本实用新型中的安全系数函数发生器的关系示意图；图7是本实用新型中的错峰控制单元的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。请参阅图2、图3所示的一种防止低周跳电的小电网供电系统10，包括发电机组 11、与发电机组11依次连接的变电所12、大功率用户的降压变压器13以及冲击性负载14， 所述小电网系统还包括防跳电机构15，防跳电机构15的输入端与降压变压器13的输出端 连接，防跳电机构15的输出端与冲击性负载14的输入端连接。防跳电机构15包括数据采 集单元151、控制单元152以及错峰控制单153，所述的数据采集单元151的输入端与降压 变压器13的输出端连接，控制单元152的输入端与数据采集单元151的输入端连接；错峰 控制单元153位于降压变压器13与冲击性负载14之间，控制单元152还通过数据采集单 元151的通信接口与错峰控制单元153实现双向通信连接。数据采集单元151包括频率变 送器1511、有功变送器1512，频率变送器1511、有功变送器1512分别设于降压变压器13与 控制单元152之间。控制单元152包括电网能力计算单元1521 (参见图5)以及接收电网 仿真曲线的信号接口 1522，电网能力计算单1521的输入端分别与频率变送器1511、有功变 送器1512的输出端连接。上述的控制单元152的其硬件可以由PLC及其通讯网络系统组 成。控制单元152通过“电网仿真曲线”的读取获得运行电网基本能力的相关数据，通过数 据采集单元151获取电网和冲击性负载14的实时数据，最终由错峰控制单元153完成大功 率冲击性负载14的错峰控制。“电网仿真曲线”由电力公司提供，当然也可以是经验数据， 它是反映电网在最大允许频率波动的条件限制下，电网耐受负载冲击的一组曲线。如图4a、 4b所示的电网在IHZ的频率波动限值下，两种不同运行方式下的两组(基本负荷PS)-(允 许冲击负荷Pl)的曲线，可以看出，不同运行方式、不同基本负荷PS下，电网耐受负载冲击 量Pl的大小是不同的，但Pl与PS总是成反比的。从“电网仿真曲线”上能读出电网对用 户冲击负载的限制量P1，但这个Pl是已经包含了大功率的冲击性负载14用户在内的限值， 当大功率的冲击性负载14发生变化时，这个Pl也是变化的，并且总是滞后于大功率用户的 负载变化。因此，在使用Pl时，必须考虑如下几个因素1)供电系统的惯性电网的容量越 大则惯性越大，反之亦然。2)当频率偏差较大时，意味着系统已接近崩溃的边缘，此时的Pl 4值应降格使用，反之亦然。3)大多数大功率的冲击性负载14不允许在工作过程中中途停 止，因此在测算用户的当前负载时，还要考虑负载的最终增长量。再请参阅图5所示的电网能力计算单元1521，其中21、24为电子开关，23为死区 控制器，22为PI调节器，25为Pl-PS曲线，26为平均值运算器，27为加法器，28安全系数发 生器，29为比例系数放大器。图中的输入量Af为频率差，PS为电网基本负荷，P2为大功 率用户实时负荷值，这三个值可通过数据采集单元151运用常规技术可获取。而运行方式 可通过人工来确定，一般情况下是不变的，只有在故障或检修时才变化。P4为冲击负载的 预测值，可从下述的错峰控制单元153中获取。过程量P1为电网耐冲击负荷的限值，可从 Pl-PS曲线中直接读取，P3为用户平均负荷，K为理论计算出的安全系数，K为工程实际应用 时的安全系数。输出量P5为供电系统允许用户的负荷冲击值。电子开关(21、23)以及死 区控制器24用于消除电网频率波动影响。在一定的频率波动范围内，可认为电网频率是稳 定的，电子开关23的输出为0，使PI调节器22不工作；当频率波动超出电子开关23中由用 户设定的死区门槛频率Afmin时，电子开关23输出信号使PI调节器22开始工作。设定 值Afmin的门槛大小与电网的短路容量有关，容量较大时Afmin可取小一些，如0. 05HZ, 容量较小时可取大一些，如0. 1HZ。Pl-Ps曲线25从电网仿真曲线的曲线中读取电网不同 运行方式、不同基本负荷下允许的冲击负荷P1。在设计中可将这多组曲线可输入到控制器 的PLC存储器中，通过查表方式读取Pl。运行方式和基本负荷Ps可由电网调度中心远程输 入到数据采集器中，也可根据电网当时的实际情况人工输入。平均值运算器26是一个3秒 平均运算器，用来计算用户平均负荷。PI调节器22用来反映电网频率对冲击负载控制的灵 敏度，它与电网的惯性有关，基本的控制模型为K' =p' Af+p" / Afdt上式中，Af是电网的频率差，K'是输出。ρ'是比例系数，ρ〃是积分系数，这两 个系数可根据电网的实际情况，按照控制理论中稳定性和快速性的一般法则来设定。再请参见图6所示的安全系数函数发生器28，该发生器实现频率偏差小时限制 小，偏差大时限制大的设计思想。设计这函数发生器时，要注意设定一定的死区，防止出现 不稳定现象，如图中的举例数0.3 ;0. 3以内K = 1，0. 3以外，呈二次曲线，如图中模拟二次 曲线的多段直线。比例系数放大器29是一个变系数的比例放大器，输入是加法器27的输出，比例系 数K就是安全系数发生器28的输出，输出Ρ5即是电网对用户的冲击功率限制量。1(与？1汴2、？3、？4，？5的关系式为P1-(P2-P3)-P4 = KP5(Ρ2-Ρ3)反映用户当前负载冲击量的总和，Ρ4反映用户所有冲击负载预测值的总 和。安全系数K体现了在不同频率偏差下对负载冲击限制的松紧程度。再请参见图7所示用户的错峰控制单元153的原理示意图，其中30、33、35是电子 开关，31是死区控制器，32是函数发生器，34是一个比较器，36是一个优先顺序选择器。错 峰控制单元153的控制有三个原则1)在安全的情况下，尽量多地允许负载启动，以提高用 户的生产率；2)当电网的频率已低于下限值时，不允许再有冲击负载启动；3)当冲击负载 已经启动了时，不能中途停止。Δ ·、Ρ5、Ρ4的定义和前述的一样。“操作指令”为相应用户大功率负荷的启动指令，可通过数据采集单元151得到；“操作允许”是经控制单元152计算后的控制指令，这个 指令决定“操作指令”是否有效。实际设计中，可在原来负载的“操作指令”中串入“操作允 许”的接点即可。Pmax为相应负载的可能出现的最大值，由用户自己设定。死区控制器31的死区门 槛Afmax也由用户设定，设定得越小，则是对用户的限制越严，通常设定在IHZ左右。当某台冲击性负载的操作指令到来时，电子开关30开通，由比较器34进行 (P5-Pmax)的比较，比较值为正时，才可能允许操作；比较值为负时，则不允许操作。当Af已超过设定的Afmax时，禁止所有的操作指令启动操作。由于不允许负载中途停止，所以图5计算用户荷时要考虑冲击性负载14可能会以 一定速率增长的因素，函数发生器32是预测该负载可能的增长量，计算公式为P4 = Pmax-Wt (0 < t < t0)其中，w为冲击性负载的上升斜率，由用户根据实际情况设定，t为“允许操作”后 的时间，to的大小为t0 = Pmax/w当同时有多台冲击性负载有操作指令时，优先顺序选择器36按用户预先设置的 负载优先顺序使电子开关30有效。有效的个数N为N = P5/Pmax (取整)。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新 型的目的，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质范围内，对以上所述 实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求的范围内。
权利要求一种防止低周跳电的小电网供电系统，包括发电机组、与发电机组依次连接的变电所、大功率用户的降压变压器以及冲击性负载，其特征在于，所述小电网系统还包括防跳电机构，防跳电机构的输入端与降压变压器的输出端连接，防跳电机构的输出端与冲击性负载的输入端连接。
2.如权利要求1所述的小电网系统，其特征在于，所述防跳电机构包括数据采集单元、控制单元以及错峰控制单元，所述的数据采集单 元的输入端与降压变压器的输出端连接，控制单元的输入端与数据采集单元的输入端连 接；错峰控制单元位于降压变压器与冲击性负载之间，控制单元还通过数据采集单元的通 信接口与错峰控制单元实现双向通信连接。
3.如权利要求2所述的小电网系统，其特征在于，所述数据采集单元包括频率变送器、有功变送器，频率变送器、有功变送器分别设于降 压变压器与控制单元之间。
4.如权利要求3所述的小电网系统，其特征在于，所述控制单元包括电网能力计算单元以及接收电网仿真曲线的信号接口，电网能力计 算单元的输入端分别与频率变送器、有功变送器的输出端连接。
专利摘要本实用新型公开了一种防止低周跳电的小电网供电系统，包括发电机组、与发电机组依次连接的变电所、大功率用户的降压变压器以及冲击性负载，所述小电网系统还包括防跳电机构，防跳电机构的输入端与降压变压器的输出端连接，防跳电机构的输出端与冲击性负载的输入端连接。由于采用了防跳电机构，可以方便的获取当前用户和电网的实时运行数据，通过计算小电网系统耐负载冲击的能力，并对冲击性负载实施错峰控制，使负载冲击的总量总是被限制在电网能承受的范围之内，避免因多台大功率冲击性负载冲击叠加引起的电网低周跳电。
文档编号H02J3/00GK201667538SQ20102012902
公开日2010年12月8日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者刘珧, 张子才, 黄志刚 申请人:宝山钢铁股份有限公司