Mediciones del estado del sistema de potencia para el aumento de control transitorio utilizando técnicas digitales

Mediciones del estado del sistema de potencia para el aumento de control transitorio utilizando técnicas digitales
RobertJ. Thomas, Member, IEEE, and Kok-Khioe Oey, Member, IEEE

ABSTRACTO
Cualquier estrategia, considerada razonable para el control de modos transitorios que ocurren como resultado de una perturbación importante en un sistema de energía eléctrica grande requerirá mediciones rápidas y razonablemente precisas de al menos dos estados por máquina, a saber, la desviación de la velocidad del rotor y el ángulo de par. Dado que cualquier estrategia de control probablemente requerirá una computadora digital en línea para la decisión, el cálculo y la ejecución, el tiempo mínimo de cálculo para la determinación del estado es imperativo. Tal técnica basada en la computadora junto con el hardware pertinente para la implementación se presenta en este documento.

INTRODUCCIÓN
La desviación de velocidad y el ángulo de par son variables importantes cuya medición se requiere en la ejecución de ciertas estrategias de control diseñadas para estabilizar máquinas durante oscilaciones transitorias. Se supone que ambas variables están disponibles en las estrategias MRVM [1] y MRVM-I [2], así como en la excitación suplementaria [3], la conmutación óptima de reactancia de línea [4] y otras técnicas y estrategias relacionadas con la estabilidad transitoria de un sistema de potencia multimaquina Los autores han desarrollado un dispositivo digital para obtener ambas variables con suficiente precisión para el control de la estabilidad transitoria. Un miniordenador se usa para aceptar datos del dispositivo, para calcular la velocidad y el ángulo de par, y para ejecutar una estrategia de control adecuada. El ángulo de torsión medido se referencia al ángulo de par de estado estacionario predeterminado disponible a partir de estimaciones del estado o un flujo de carga en línea realizado durante el período previo a la falla. Se han informado otros métodos de medidas de frecuencia y ángulo de par [5, 6, 7, 8 y 9]. Cada uno tiene sus propias deficiencias y ventajas. Sin embargo, ninguno de ellos está específicamente diseñado para su uso en un entorno de control de computadora en línea.

PRELININARIOS
Un disco que tiene N rendijas espaciadas uniformemente alrededor de su perímetro está unido al eje de la máquina. El disco, junto con un foto interruptor o equivalente, proporciona datos sin procesar del pulso que, cuando se interpretan correctamente, indican la posición del eje con el tiempo de la siguiente manera: dejar
0 (t), uy δ (t) son la posición del eje en el tiempo t en grados, la velocidad síncrona de la máquina en grados / segundo y el ángulo de par en grados, respectivamente.

[pic 1]                                                                (1)

La ecuación (1) en forma de incremento se convierte en

[pic 2]                                                                 (2)

  Manuscrito recibido el 19 de agosto de 1976.
Los autores están con la Escuela de Ingeniería Eléctrica, Corne 14853. ll Universicy, Ithaca, Nueva York

donde A0 es el cambio en la posición del rotor. El ángulo de torque en el enésimo cambio de tiempo medido es entonces

[pic 3]                                          (3)

Donde, es el ángulo de torsión inicial (previo a la falla) supuesto glven, y la variable Δ, es el enésimo cambio de tiempo medido. Tenga en cuenta que la magnitud de Δθ es fija y está dada por

[pic 4] Grados                                                                           (4)

La velocidad, es decir, calculada de la siguiente manera

[pic 5]Grados/segundo                                                              (5)

De la ecuación (3) está claro que la medición del ángulo de par requiere solo el ángulo de par antes de la falla, ya que las ecuaciones de referencia (3) y (5) son ecuaciones básicas para los cálculos computarizados de la velocidad y el ángulo de par. Los parámetros de entrada constantes requeridos por la computadora, δ, 09 y ω se consideran disponibles y almacenados. La variable At es constante en el estado estable, pero varía durante el cambio de incremento de tiempo requerido.
oscilación transitoria. Por lo tanto, se requiere un dispositivo que indique cambio de incremento de tiempo. El diagrama de bloques general del sistema se muestra en la Fig. 1. La elección de tamaños de registro y contador, frecuencia de reloj y otros circuitos importantes se examinan parte por parte en las siguientes secciones.

[pic 6]

Fig. 1 Diagrama de bloques del sistema

DISEÑO DE HARDWARE

Generador de pulso
Un detector-interruptor de fotos interrumpido por las ranuras en el disco giratorio montado en el eje de la máquina junto con un controlador de transistor y un multivibrador monoestable, generará pulsos. La frecuencia del pulso para una máquina ω está dada por

[pic 7]

Registro de contador y almacenamiento
La precisión de medición deseada (εt para el ángulo de torque y εf para la frecuencia) y la frecuencia del reloj (fc) determinan parámetros como el tamaño del contador (N bits), el tamaño del registro de almacenamiento (Nr bits) y el tamaño de la unidad de interfaz digital (Ni , bits), así como la cantidad máxima de ranuras que pueden usarse en el disco. El error de medición del ángulo de par máximo está dado por

[pic 8]

Donde f la máquina frecuencia en Hz.
El contador accionado por reloj está destinado a medir el tiempo. Debido al número limitado de contra bits (Nc), (es decir, el contador registra exactamente 8333 para 1/120 8333.33 uaec a fc = 1MHz), el error en la frecuencia (f= w/60 Hz) es inversamente proporcional a la frecuencia del reloj fc y de la máquina velocidad en sí misma
El diseño se ve aún más limitado por la condición

[pic 9]

Donde T es un período de ciclo de contador o alternativamente, el tiempo para que el contador cuente de cero a 2 y luego se restablece. Por lo tanto,

[pic 10]

y usando Eqs. (6) y (9), Eq. (8) se convierte

[pic 11]

Si ahora suponemos que TComp es el tiempo requerido por la computadora para ejecutar los cálculos necesarios y los comandos de control de la máquina, se impone una restricción adicional al diseño. Específicamente, la restricción adicional requiere que el período de frecuencia de pulso sea más largo que el tiempo de cálculo.

[pic 12]

Alternativamente, usando la Eq. (6) y la Eq. (10)

[pic 13]

Tenga en cuenta que Eq. (12) impone límites superior e inferior en el número permitido de ranuras en el disco. Si se requieren N bits para controlar la computadora, entonces (Nr + Ncontrol) RL es igual al número de bits requerido por la unidad de interfaz digital CNT. Es decir,

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