Procedimiento y aparato de desbloqueo de oscilaciones de potencia rápido para la protección a distancia en un sistema eléctrico.

Un procedimiento de desbloqueo de oscilación de potencia en un sistema eléctrico,

que comprende:

la verificación de si el sistema eléctrico está sometido a una oscilación de potencia;

el bloqueo de una zona a distancia que podría operar incorrectamente sometido a la oscilación de potenciasi se verifica que el sistema eléctrico está sometido a la oscilación de potencia;

la medición de las impedancias para todos los bucles operativos del sistema eléctrico;

el cálculo de las tasas de cambio de las impedancias para todos los bucles operativos del sistema eléctrico;

la determinación de uno o más bucles en fallo en base a las tasas de cambio calculadas; y

el desbloqueo de una zona a distancia bloqueada para el bucle en fallo.

Procedimiento y aparato de desbloqueo de oscilaciones de potencia rápido para la protección a distancia en un sistema eléctrico Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, a las técnicas de protección de sistemas eléctricos y, más concretamente, la presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato de desbloqueo de oscilación de potencia rápido para una protección a distancia en un sistema eléctrico.

Antecedentes de la invención Un sistema eléctrico o red eléctrica se considera que opera bajo condiciones estabilizadas cuando existe un equilibrio entre la potencia activa generada y consumida por el sistema. Los sistemas eléctricos que operan bajo condiciones estabilizadas típicamente operan en o muy cerca de su frecuencia nominal.

En ciertas circunstancias, un sistema eléctrico puede ser alterado de forma que ya no opere en condiciones estabilizadas. En relación con ello, los sistemas eléctricos están sometidos a un amplio abanico de pequeñas o grandes alteraciones en el curso de las condiciones operativas. Continuamente se producen pequeños cambios en las condiciones de carga. El sistema eléctrico debe ajustarse a estas condiciones cambiantes y continuar operando de manera satisfactoria y dentro de los límites deseados de tensión y frecuencia.

Un estado de oscilación de la potencia puede ser el resultado de una alteración que provoque que el sistema eléctrico se vea alterado en cuanto a su estado operativo estable. Los fallos del sistema eléctrico y su reparación, la conmutación de líneas, la desconexión del generador, y la pérdida de la aplicación de grandes cantidades de carga son ejemplos de perturbaciones del sistema que pueden provocar que se produzca una condición de oscilación de la potencia en un sistema eléctrico. Tras la aparición de una condición de oscilación de la potencia se produce un desequilibro entre la potencia activa generada y consumida para el sistema.

Dependiendo de la gravedad de la (s) perturbación (es) del sistema y de las acciones de los controles del sistema eléctrico durante una oscilación de la potencia, el sistema puede permanecer estable y volver a un nuevo estado de equilibrio, después de experimentar lo que se designa como una oscilación de potencia estable. Sin embargo, las perturbaciones graves del sistema eléctrico pueden producir una gran separación de los ángulos del rotor de generadores del sistema, unas amplias oscilaciones de los flujos de potencia, unas amplias fluctuaciones de las tensiones y las corrientes y, en último término, pueden conducir a una pérdida de sincronización de los grupos de generadores del sistema o entre los sistemas de los servicios auxiliares vecinos. Este episodio es designado como una oscilación inestable de la potencia.

Las oscilaciones de potencia, ya sean estables o inestables, pueden provocar resultados indeseables. En particular, las oscilaciones de potencia pueden provocar que la impedancia que aparece en una protección a distancia caiga dentro de las características operativas de la protección a distancia, lejos del estado de carga de estado estable preexistente, y provocar que la protección a distancia active una desconexión indeseada de una línea de transmisión del sistema. La activación indeseada de las protecciones a distancia durante una oscilación de potencia puede también agravar la protección del sistema eléctrico y provocar la inestabilidad del sistema, cortes de energía importantes y / o apagones. Esto puede provocar que una oscilación en otro caso estable de la potencia se convierta en una oscilación inestable de la potencia. Por tanto, debe entenderse que estas protecciones a distancia, de modo preferente, no deben operar durante oscilaciones estables de la potencia para permitir que el sistema eléctrico establezca un nuevo estado de equilibro y vuelva a una situación estable.

Durante una oscilación inestable de la potencia, una o más áreas de un sistema eléctrico, o una o más redes interconectadas, pierden sincronía. La desconexión descontrolada de los disyuntores durante un estado de oscilación de la potencia inestable podría provocar daños en el equipamiento y plantear un problema de seguridad para el personal de servicio. Por tanto, es imperativo que las áreas asíncronas del sistema sean separadas entre sí de manera rápida y automática con el fin de evitar daños extensos del equipamiento y el corte de partes importantes del sistema eléctrico. Durante una situación inestable de oscilación de la potencia, es necesaria una desconexión controlada de determinados elementos del sistema eléctrico con el fin de impedir daños al equipamiento, cortes de electricidad extendidos, y para reducir los efectos de la perturbación.

A la vista del hecho referido, si se produce un fallo durante una oscilación de la potencia, una protección a distancia llevada a cabo por la protección a distancia debe ser capaz de operar de manera fiable. La protección a distancia necesita detectar el fallo y seleccionar la fase del fallo de manera rápida y fiable, bajo periodos de oscilación de la potencia diversos (por ejemplo, de 0, 1 s ~ 5 s) , los ángulos de potencia cuando el fallo se produce, y las condiciones operativas (oscilación trifásica u oscilación de la potencia abierta de un solo polo, esto es oscilación bifásica) .

En las protecciones a distancia convencionales, para un fallo asimétrico para una oscilación de la potencia del fallo es normalmente detectado por la presencia de unos componentes de secuencia negativa y de secuencia cero. La solicitud de Patente china No. 90211534.0 ha divulgado un procedimiento que establece los criterios como | 12 | + |

| > m | 11 |, donde 10, 12 y 11 representan la corriente de secuencia 0, la corriente de secuencia negativa y la secuencia de corriente positiva, respectivamente, y m es un coeficiente entre 0, 5 y 1. Algunos otros fabricantes establecen los criterios expuestos como | 12 | < m | 11 |, | 10 | < n | 12 |, donde n es también un coeficiente. Dicho procedimiento de desbloqueo presenta retardos diferentes para ángulos de potencia diferentes entre sistemas equivalentes en ambos terminales. Si el fallo se produce cuando el ángulo de potencia es pequeño, el retardo será muy corto. Sin embargo, en determinadas condiciones desfavorables, el retardo podría ser mayor de un 30% del periodo de oscilación de la potencia.

Para un fallo simétrico durante la oscilación de la potencia, normalmente es detectada con una tensión baja de oscilación de la potencia (ucosΦ) . Cuando la tensión central de oscilación de la potencia se establece próxima al cero durante más de un periodo determinado, como por ejemplo 150ms, 500ms, etc., la protección a distancia resulta desbloqueada.

Existen también algunos esquemas mejorados para un desbloqueo más rápido. Por ejemplo, la solicitud de Patente china No. 03146340.1 ha divulgado un procedimiento de distinción de un fallo en la línea con una oscilación de la potencia en base a la tasa de cambio de la resistencia medida, el cual utiliza la tasa de cambio de la resistencia medida para desbloquear la protección a distancia.

El documento EP 0783 197 A1 se considera como la técnica anterior más próxima y divulga un aparato para determinar un estado de la técnica de un relé de protección para un sistema eléctrico.

Sin embargo, el problema común existente en los procedimientos anteriormente mencionados es que sus velocidades de respuesta son lentas, especialmente para oscilaciones de la potencia lentas. Los prolongados retardos del desbloqueo de la oscilación de la potencia retardarán la velocidad operativa de una protección a distancia lo que es desfavorable para la fiabilidad del sistema y para la seguridad del dispositivo.

Sumario de la invención A la vista de la situación expuesta, la presente invención se ha elaborado para proporcionar un procedimiento y un aparato de desbloqueo de la potencia rápido para una protección a distancia de un sistema eléctrico, que es capaz de asegurar la desconexión rápida de fases segregadas de protección a distancia para los fallos producidos durante una oscilación de la potencia (oscilación trifásica o bifásica) .

Una protección a distancia típica presenta varias zonas con tres bucles fase a fase (A-B, B-C, C-A) para fallos de fase a fase y tres bucles de fase a tierra (A-G, B-G, C-G) para un fallo fase a tierra para cada una de las zonas independientes. A, B y C indican las tres fases de un sistema eléctrico de tres fases y, G indica la tierra. Durante un estado operativo trifásico, estos 6 bucles son bucles operativos, mientras que durante un estado operativo abierto de un solo polo (bifásico) solo 3 bucles (2 bucles de... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de desbloqueo de oscilación de potencia en un sistema eléctrico, que comprende:

la verificación de si el sistema eléctrico está sometido a una oscilación de potencia;

el bloqueo de una zona a distancia que podría operar incorrectamente sometido a la oscilación de potencia si se verifica que el sistema eléctrico está sometido a la oscilación de potencia;

la medición de las impedancias para todos los bucles operativos del sistema eléctrico;

el cálculo de las tasas de cambio de las impedancias para todos los bucles operativos del sistema eléctrico;

la determinación de uno o más bucles en fallo en base a las tasas de cambio calculadas; y

el desbloqueo de una zona a distancia bloqueada para el bucle en fallo.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las tasas de cambio de las impedancias para todos los bucles operativos del sistema eléctrico se calculan respectivamente de acuerdo con la siguiente fórmula:

Dy (x) = abs (Zy (x) –Zy (x –p) )

en la que D es la tasa de cambio, el subíndice “y” representa el bucle operativo sometido a medición, Z es la impedancia medida, x es el punto de muestra medido actual y p representa el número de puntos de muestra durante un periodo de intervención.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que durante una oscilación de potencia trifásica en la etapa de determinación del bucle en fallo en base a las tasas de cambio calculadas, si las tasas de cambio de todos los bucles operativos se mantienen menores que las del periodo predeterminado anterior para un periodo definido respectivamente y las tasas de cambio de todos los bucles operativos están próximas entre sí, se determina un fallo simétrico.

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que durante una oscilación de potencia trifásica, en la etapa de determinación del bucle en fallo en base a las tasas de cambio calculadas, si la tasa de cambio de un bucle de fase a tierra se mantiene menor que las de los otros dos bucles de fase a tierra para un periodo definido, dicho bucle de fase a tierra se determina como el bucle en fallo.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que durante una oscilación de potencia trifásica, en la etapa de determinación del bucle en fallo en base a las tasas de cambio calculadas, si la tasa de cambio de un bucle de fase a fase se mantiene menor que las de los otros dos bucles de fase a fase para un periodo definido, dicho bucle de fase a fase se determina como el bucle en fallo.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que durante una oscilación de potencia bifásica, en la etapa de determinación del bucle en fallo en base a las tasas de cambio calculadas, si las tasas de cambio de los tres bucles operativos se mantienen menores que las del periodo predeterminado anterior para un periodo definido respectivamente y las tasas de cambio de todos los bucles operativos están próximas entre sí, se determina un fallo bifásico a tierra.

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que durante una oscilación de potencia bifásica, en la etapa de determinación del bucle en fallo, en base a las tasas de cambio calculadas, si la tasa de cambio de un bucle operativo se mantiene menor que las de los otros dos bucles operativos para un periodo definido, dicho bucle operativo se determina como el bucle en fallo.

8. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa de determinación del bucle en fallo en base a las tasas de cambio calculadas, el bucle operativo con la tasa de cambio menor se determina como el bucle en fallo.

9. Un aparato de desbloqueo de oscilación de potencia en un sistema eléctrico que comprende:

un medio de verificación configurado para verificar si el sistema eléctrico está sometido a una oscilación de potencia;

un medio de bloqueo configurado para bloquear una o más zonas a distancia que podrían operar de manera incorrecta sometidas a oscilación de potencia si se verifica por el medio de verificación que el sistema eléctrico está sometido a la oscilación de potencia;

un medio de medición configurado para medir las impedancias para todos los bucles operativos del sistema eléctrico;

un medio de cálculo configurado para calcular las tasas de cambio de las impedancias para todos los bucles operativos del sistema eléctrico;

un medio de determinación configurado para determinar uno o más bucles en fallo en base a las tasas de cambio calculadas por el medio de cálculo; y

un medio de desbloqueo configurado para desbloquear una zona a distancia bloqueada para el bucle en fallo.

10. El aparato de acuerdo con la reivindicación 9, en el que las tasas de cambio de las impedancias para todos los bucles operativos del sistema eléctrico se calculan respectivamente por el medio de cálculo de acuerdo con la fórmula siguiente:

Dy (x) = abs (Zy (x) –Zy (x –p) )

en la que D es la tasa de cambio, el subíndice “y” representa el bucle operativo sometido a medición, Z es la impedancia medida, x es el punto de muestra medido actual y p representa el número de puntos de muestra durante un periodo de intervención.

11. Un programa de ordenador directamente cargable en la memoria interna de un ordenador, que comprende una porción de código informático para el control de las etapas de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 cuando el programa es ejecutado en el ordenador.