СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОЙ НЕИЗОЛИРОВАННОЙ ТРЕХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ Российский патент 2013 года по МПК H02J13/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании, монтаже, наладке и эксплуатации линий электропередачи (ЛЭП) при передаче электрической энергии к потребителю.

Передача электрической энергии по протяженным ЛЭП, а также электрическая энергии повышенной частоты по сравнительно непротяженным ЛЭП обеспечивается: по одно- и двухпроводным ЛЭП одной парой волн электромагнитного поля (падающей и отраженной); по трехпроводным - тремя парами; по четырехпроводной - четырьмя и т.д. [1]. В результате согласования ЛЭП с электрической нагрузкой пропускная способность линий электропередачи повышается в результате исключения отраженной волны. Одновременно уменьшается степень искажения кривых тока и напряжения, увеличивается пропускная способность ЛЭП и надежность функционирования электрического оборудования, нормализуется работа релейной защиты, автоматики и связи, улучшается экологическая обстановка в районе эксплуатации ЛЭП, источника электрической энергии.

Известно условие согласованного режима работы однопроводной ЛЭП [2] на основании которого работает устройство [патент RU 23 90924], где реализован согласованный режим работы однопроводной протяженной ЛЭП. Однако трехпроводная ЛЭП имеет другие условия согласования [2] из-за специфичности распространения напряжений и токов по трехпроводным ЛЭП [3].

Известны способы согласования линий связи с нагрузкой [4, патент RU 23 81627]. Однако применяемые здесь технические элементы, такие как цифровой усилитель, дифференциальный усилитель, не предназначены для работы на высоком напряжении, к примеру, 1кВ, а это значит, что специфика реализации способов [4, патент RU 2381627] достаточно своеобразна и неприменима в протяженных линиях электропередачи высокого напряжения.

Задача изобретения - формирование способа согласования неоднородной трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой.

Технический результат заключается в обеспечении условий согласования неоднородной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой, выполнение которых повлечет за собой уменьшение потерь электрической энергии, повышение пропускной способности линии, уменьшение степени искажения кривых напряжения и тока.

Технический результат достигается тем, что способ согласования трехпроводной неоднородной неизолированной линии электропередачи с электрической нагрузкой, заключающийся в том, что исходная информация о напряжениях и токах в линии через устройства сопряжения поступают в процессор, отличающийся тем, что в процессоре проверяются поочередно условия согласования однородного симметричного участка, подразумевающего равенство соответствующих продольных и поперечных параметров каждого линейного провода между собой, и однородного несимметричного участка, подразумевающего нарушение равенства соответствующих продольных и поперечных параметров каждого линейного провода между собой, границами однородности могут служить узлы электроэнергетической системы или точки качественного раздела линии электропередачи, а именно: изменение марки и взаимного расположения проводов, резкое изменение рельефа местности и т.п., входящих в состав трехпроводной неоднородной неизолированной линии электропередачи с обобщенными электрическими нагрузками в конце каждого участка для каждого провода линии в результате сравнения действительного и эталонного значений полных сопротивлений обобщенных нагрузок, напряжений в конце участков или токов, поступающих в обобщенную нагрузку, и формируются управляющие сигналы для корректирующих органов, в качестве которых могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов, автотрансформаторы, автоматизированные технологические комплексы, фильтрующие устройства высших гармонических составляющих токов и напряжений различной модификации, генерирующие устройства электрической энергии.

В процессоре могут проверяться поочередно условия согласования сначала однородного несимметричного участка, подразумевающего неравенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, а затем условия согласования однородного симметричного участка подразумевающего равенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой.

В процессоре могут проверяться поочередно условия согласования однородного несимметричного участка, подразумевающего неравенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, и однородного несимметричного участка подразумевающего также нарушение равенства продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, перечисленные однородные участки имеют разные величины первичных параметров.

В процессоре могут проверяться поочередно условия согласования однородного симметричного участка, подразумевающего равенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, и однородного симметричного участка подразумевающего также равенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, перечисленные однородные участки имеют разные величины первичных параметров.

Любую линию электропередачи можно представить как совокупность однородных участков. Границами их могут служить узлы электро-энергетической системы или точки качественного раздела ЛЭП, а именно, изменение марки и взаимного расположения проводов, резкое изменение рельефа местности и т.п. Пусть линия электропередачи разделяется на два однородных участка, симметричный и несимметричный. Симметричным участок можно назвать в случае абсолютного (по величине и характеру) равенства продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой. Условия реализации однородного симметричного участка [1]:

R_0An=R_0Bn=R_0Cn;

L_0An=L_0Bn=L_0Cn;

C_0An=C_0Bn=C_0Cn;

G_0ABn=G_0BCn=G_0CAn;

M_0ABn=M_0BCn=M_0CAn;

C_0ABn=C_0BCn=C_0CAn;

G_0A0n=G_0B0n=G_0C0n;

C_0A0n=C_0B0n=C_0C0n;

где R_0An, R_0Bn, R_0Cn - погонные активные сопротивления, соответственно линейных проводов А, В, С на частоте n-й гармонической составляющей, Ом/км; L_0An, L_0Bn, L_0Cn - погонные индуктивности, соответственно линейных проводов А, В, С на частоте n-й гармонической составляющей, Гн/км; C_0An, C_0Bn, C_0Cn - погонные емкости, соответственно линейных проводов А, В, С на частоте n-й гармонической составляющей, Ф/км; G_0ABn, G_0BCn, G_0CAn - погонные активные проводимости между линейными проводами соответственно А и В, В и С, С и А на частоте n-й гармонической составляющей, См/км; M_0ABn, M_0BCn, M_0CAn - погонные взаимные индуктивности между линейными проводами соответственно А и В, В и С, С и А на частоте n-й гармонической составляющей, Гн/км; C_0ABn, C_0BCn, C_0CAn - погонные емкости между линейными проводами соответственно А и В, В и С, С и А на частоте n-й гармонической составляющей, Ф/км; G_0A0n, G_0B0n, G_{0C0n -} погонные проводимости, соответственно между линейным проводом А и поверхностью земли, В и поверхностью земли, С и поверхностью земли на частоте n-й гармонической составляющей, См/км; C_0A0n, C_0B0n, C_0C0n -погонные емкости соответственно между линейным проводом А и поверхностью земли, В и поверхностью земли, С и поверхностью земли на частоте n-й гармонической составляющей, Ф/км.

Реализации однородного несимметричного участка [1] будет обусловлена нарушением хотя бы одного из вышеприведенных равенств.

Сущность изобретения поясняется схемами: на (рис.1) показан алгоритм обеспечения и поддержания согласования неоднородной трехпроводной неизолированной ЛЭП с электрической нагрузкой, на (рис.2) представлена схема алгоритма работы процессора, на (рис.3) выполнения логические операций в блоке A₁, для первого участка неоднородной ЛЭП, на (рис.4) выполнения логических операций второго, несимметричного участка неоднородной ЛЭП в блоке А₂, на (рис.5) показан алгоритм обеспечения и стабилизации согласования неоднородной трехпроводной неизолированной ЛЭП, с двумя несимметричными участками ЛЭП 110 кВ или выше, с электрической нагрузкой.

На рисунках показаны:

1 - корректирующий орган, такой как РПН трансформатора (KO1);

2 - трансформатор, питающий ЛЭП напряжением 110 кВ или выше (Т1);

3 - устройства сопряжения , каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные вначале ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

5 - процессор (П);

6 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

7 - показывающий или самопишущий прибор (РО);

8 - симметричный однородный участок (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), входящий в состав ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), и является участком ЛЭП соединенным с трансформатором 2 (Т1);

9 - корректирующий орган (KO5), дополнительный источник электрической энергии;

10 - устройства сопряжения , каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в конце симметричного однородного участка ЛЭП 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и в начале несимметричного однородного участка ЛЭП 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

11 - несимметричный однородный участок ЛЭП 110 кВ или выше (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), входящий в состав ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), и является участком ЛЭП соединенным с трансформатором 13 (Т2);

12 - неоднородная ЛЭП напряжением 110 кВ или выше (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

13 - понижающий трансформатор, напряжением 220 кВ/10 кВ (Т2);

14 - устройства сопряжения , каковыми являются датчики ока и напряжения, спектрометр, установленные в конце ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

15 - понижающий трансформатор (Т3), напряжением 10 кВ/0,85 кВ;

16 - корректирующий орган (KO2), такой как РПН понижающего трансформатора напряжением 220 кВ/10 кВ, 13 (Т2);

17 - преобразователь, выполненный в виде выпрямительной установки для электролизного завода, фаза A, (VD1);

18 - корректирующий орган, такой как РПН понижающего трансформатора напряжением 10 кВ/0,85 кВ (КО3);

19 - обобщенная электрическая нагрузка ;

20 - корректирующий орган, такой как система электролиза алюминия ТРОЛЛЬ (KO4);

21 - обобщенное сопротивление нагрузки ;

22 - обобщенное сопротивление нагрузки с учетом реализации согласования несимметричного однородного участка ЛЭП 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

23 - амплитудные значения напряжения нагрузки ;

24 - амплитудные значения тока нагрузки ;

25 - амплитудные значения напряжения , обобщенной нагрузки включающей в свой состав и несимметричный однородный участок ЛЭП 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

26 - амплитудные значения тока , обобщенной нагрузки включающей в свой состав и несимметричный однородный участок ЛЭП 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

27 - обобщенное сопротивление нагрузки , включающей в свой состав и несимметричный однородный участок ЛЭП 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

28 - специализированная программа (LEP3 v.1.00 (1)), для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии для симметричного однородного участка линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

29 - величина тока каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному симметричному однородному участку линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

30 - величина напряжения каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному симметричному однородному участку линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

31 - согласованное обобщенное сопротивление нагрузки , включающее в свой состав и несимметричный однородный участок ЛЭП 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

32 - логический блок (A₁) для симметричного однородного участка линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

33 - определение разницы по сопротивлению ;

34 - определение разницы по напряжению ;

35 - коэффициент состояния режима, в случае если равен единице, значит, реализовано согласование симметричного однородного участка ЛЭП 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с нагрузкой, в противном случае этот коэффициент будет равен нулю ((Kuz=1) или (Kuz=0));

36 - амплитудные значения напряжения нагрузки, помноженные на коэффициент состояния режима ;

37 - логический блок (A₂) для несимметричного однородного участка линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

38 - амплитудные значения тока нагрузки, помноженные на коэффициент состояния режима

39 - специализированная программа (LEP3 v.1.00 (2)), для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии для несимметричного однородного участка линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

40 - величина тока , каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному несимметричному однородному участку линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

41 - величина напряжения , каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному несимметричному однородному участку линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

42 - величина тока , каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному несимметричному однородному участку линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) помноженная на коэффициент состояния режима 35 ((Kuz=1) или (Kuz=0));

43 - величина напряжения , каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному несимметричному однородному участку линии электропередачи трехпроводного исполнения 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) помноженная на коэффициент состояния режима 35 ((Kuz=1) или (Kuz=0));

44 - несимметричный однородный участок ЛЭП 110 кВ или выше (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), входящий в состав ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), и является участком ЛЭП соединенным с трансформатором 2 (Т1), отличающийся от 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) своими первичными и вторичными параметрами.

45 - симметричный однородный участок ЛЭП 110 кВ или выше (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), входящий в состав ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), и является участком ЛЭП соединенным с трансформатором 13 (Т2), отличающийся от 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) своими первичными и вторичными параметрами.

Суть предлагаемой разработки заключается в реализации при помощи технических средств условий согласования неоднородной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой [5-7], в формировании алгоритма обеспечения и поддержания согласованного режима работы, как симметричного однородного участка, так и несимметричного однородного участка входящих в состав неоднородной протяженной трехпроводной ЛЭП. Условия такого согласования с электрической нагрузкой следует определять для каждого провода ЛЭП.

Пусть будет необходимо выполнить согласование фазы А с электрической нагрузкой. Для фаз В и С алгоритм согласования с электрической нагрузкой будет аналогичным.

На рис.1 показан алгоритм обеспечения и поддержания согласования трехпроводной неоднородной неизолированной ЛЭП с электрической нагрузкой. Здесь в качестве объекта согласования использована ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), имеющая два участка, а именно симметричный 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и несимметричный 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ). Кроме того, реализовано использование следующего электротехнического оборудования: трансформатора 2 (Т1), питающего неоднородную ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ); 13 (Т2) и 15 (Т3) - двух различных групп понижающих трансформаторов, имеющих отличные друг от друга номинальные характеристики; преобразователя 17 (VD1), выполненного в виде выпрямительной установки электролизного завода (фаза А), представляющих в данном случае обобщенную электрическую нагрузку 19 . Блоки 13 (Т2), 15 (Т3), 17 (VD1) и 19 образуют общий блок, полное сопротивление которого при достижении согласованного режима работы ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) определяется величиной 22 , а в иных случаях величиной 21 . В данном случае полное сопротивление 22 является эталонной величиной, к которой должно стремиться значение 21 в процессе исполнения предлагаемого алгоритма.

Основным блоком работы алгоритма способа согласования трехпроводной ЛЭП 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с электрической нагрузкой является процессор 5 (П) (рис.1), где выполняется анализ сведений о состоянии обобщенного сопротивления нагрузки 27 или 31 (рис.2) для симметричного участка 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.1) и 21 или 22 (рис.1), (рис.2) для несимметричного участка 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.1). Эти сведения в процессор 5 (П) поступают от устройств сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения, анализаторы спектра 3 , 10 для симметричного однородного участка 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), и 10 , 14; для несимметричного однородного участка 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), где анализируемые характеристики электрической энергии доводятся до величин, воспринимаемых компьютерной техникой. Датчики 3 устанавливаются и используются для сбора сведений о напряжениях и токах в начале исследуемого симметричного участка 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) протяженной трехпроводной ЛЭП 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), а датчики 10 - в конце этого участка 8 линии электропередачи 12. Датчики 10 являются в то же время датчиками для сбора сведений о напряжениях и токах в начале несимметричного участка 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.1), а датчики 14 - в конце несимметричного участка 11 линии электропередачи 12. В качестве датчиков 3 , 10 и 14 могут быть использованы трансформаторы напряжения и тока, а также делители напряжения и шунты переменного тока, анализаторы спектра частот электрической энергии.

Аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП) (рис.1) позволяет сформированные в датчиках 3 , 10 и 14 аналоговые сигналы преобразовать в дискретные. Цифроаналоговый преобразователь 6 (ЦАП) позволяет сформированные в виде дискретных сигналов в процессоре 5 (П) команды корректирующим органам 1 (KO1), 16 (KO2), 18 (КО3), 20 (KO4) и 9 (КО5) преобразовать в аналоговые. В данном случае в качестве корректирующих органов 1 (KO1), 16 (KO2) и 18 (КО3) могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов, фильтрующие устройства высших гармонических составляющих токов и напряжений различной модификации, в качестве 20 (KO4) - система электролиза алюминия ТРОЛЛЬ [8, 9], позволяющая изменять величину полного сопротивления обобщенной нагрузки 21 путем воздействия на технологический процесс. На рис.1 это сопротивление обозначено символом 19 , в качестве 9 (KO5) - выступает устройство, генерирующее электрическую энергию. Результаты действия описываемого алгоритма выводятся на показывающий или самопишущий прибор 7 (РО).

Схема алгоритма работы процессора 5 (П) представлена на (рис.2). Для датчиков 3 и 10 она достаточно проста: из АЦП в процессор поступают амплитудные значения тока 26 и напряжения 25 нагрузки, затем определяется величина 27 . Определенные таким образом величины 26 , 25 , 27 подаются в следующий блок 32 (A₁).

Блок 28 (LEP3 v.1.00 (1)) на рис.2 иллюстрирует использование в предлагаемом способе согласование симметричного участка трехпроводной ЛЭП 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с электрической нагрузкой при помощи специализированной программы для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в линии электропередачи трехпроводного исполнения [10]. При помощи программы определяются действующие значения комплексных величин токов и напряжений, постоянные распространения волн электромагнитного поля по проводам симметричного участка ЛЭП 8, величины собственных и взаимных волновых сопротивлений. В блоках 29 и 30 формируются соответственно величины токов и напряжений в конце участка 8 линии 12, какими должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному участку симметричной ЛЭП 8. Эти токи и напряжения определяются следующим образом [5]:

; ; ;

; ; ,

где , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений в начале ЛЭП, В; γ_1n - постоянная распространения одной из пар волн электромагнитного поля по проводам ЛЭП; l - протяженность рассматриваемой трехпроводной ЛЭП, км; , , - комплексные значения действующих величин линейных токов в начале ЛЭП, А.

Далее определяется полное сопротивление нагрузки 31 (рис.2), какое оно должно быть при согласовании трехпроводного участка ЛЭП 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с этой нагрузкой. Полученные результаты отправляются в блок 32 (A₁).

В блоке 32 (A₁) (рис.3) выполняются логические операции. Здесь выполняется сравнение эталонных значений 31 , 30 с сопротивлением нагрузки 27 и напряжением в конце участка 8 линии 25 . Здесь же из сопоставления этих величин определяются ошибки по сопротивлению ∆Z1, ∆Z2, ∆Z3 и по напряжению ∆U1, ∆U2, ∆U3. Затем определяются ошибки по току ∆I01-05, ∆I07, ∆I08. При нулевых значениях ошибок по напряжению, ошибки по току ∆I06 и ∆I09 отсутствуют, поэтому в их определении нет необходимости. Информация о величинах ∆Z1, ∆Z2, ∆Z3 и ∆U1, ∆U2, ∆U3 поступает в один из девяти блоков с приоритетом 2. Последующее действие описываемого алгоритма заключается в определении ошибок либо по сопротивлению ∆Z04p, ∆Z06p, ∆Z07p, ∆Z08p, ∆Z09p, либо по напряжению ∆U01p, ∆U02p, ∆U03Kp, ∆U05p. Полученные таким образом значения ошибок по напряжению поступают в блок суммы ошибок по напряжению , а величины ошибок по сопротивлению попадают в блок суммы ошибок по сопротивлению . Сведения о результатах расчета ошибок поступают в один или несколько блоков корректирующих органов 1, 16, 18, 20, 9 (KO1-5) (рис.1).

Здесь в качестве критерия функционирования корректирующих органов избрано несоответствие напряжения в конце симметричного участка 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) или сопротивления нагрузки. В принципе, в качестве такого критерия можно избрать и несоответствие тока в конце симметричного участка ЛЭП 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ). Для этого в блоке следует собирать ошибки по току, а затем в результате сопоставления эталонного и действительного значений токов в конце линии 8 сформировать сигнал для корректирующих органов 1, 16, 18, 20, 9 (KO1-5) (рис.1).

В процессе реализации предлагаемого способа согласования трехпроводного симметричного участка ЛЭП 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с электрической нагрузкой выяснено, что при и ошибка по току не определяется. В этом случае предусмотрено определение дополнительной ошибки по напряжению ∆U_O в виде произведения разницы между 30 и 25 и коэффициента состояния ∆Ios1. Затем сведения об этой дополнительной ошибке отправляются в блок

Блок 32 (A₁) (рис.3) реализован в среде National Instruments LabVIEW 2009.

В то же время (рис.2) величины, характеризующие электрическую энергию 27 и 25 сравниваются с величинами желаемыми, а именно с 30 и 31 , на основании этого сравнения определяется, на сколько они отличны друг от друга, в результате получают величины 33 , 34 и в случае если это отличие минимально, что характерно выполняющемуся условию согласования для симметричного участка ЛЭП 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) рис.1 [5], тогда начинает работать следующая часть алгоритма (рис.2).

Здесь это схема алгоритма работы процессора 5 (П) для датчиков 10 и 14 которая представлена на (рис.2). Здесь: из аналого-цифрового преобразователя 4 (АЦП) в процессор 5 (П) поступают амплитудные значения тока 24 и напряжения 23 нагрузки, затем определяется величина 21 , которая будет отлична от нуля и бесконечности, в случае согласования симметричного участка 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.1). Определенные таким образом величины 24 , 23 умножаются на коэффициент 35 ((Kuz=1) или (Kuz=0)), и получают амплитудные значения напряжения нагрузки 36 и амплитудные значения тока нагрузки 38 Коэффициент 35 ((Kuz=1) или (Kuz=0)) равен единице в случае согласования симметричного участка 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.1), здесь согласование осуществлено, когда и , а Ku=1 и Ku=1, в ином случае 35 ((Kuz=1) или (Kuz=0) равен нулю, полученные величины совместно с величиной 21 подаются в следующий блок 37 (A₂).

Блок 39 (LEP3 v.1.00 (2)) здесь на (рис.2) иллюстрирует использование в предлагаемом способе согласование несимметричного участка 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) неоднородной трехпроводной ЛЭП 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с электрической нагрузкой при помощи специализированной программы для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в линии электропередачи трехпроводного несимметричного исполнения [10]. При помощи программы определяются действующие значения комплексных величин токов и напряжений, постоянные распространения волн электромагнитного поля по проводам несимметричного участка ЛЭП, величины собственных и взаимных волновых сопротивлений. В блоках 40 и 41 формируются величины токов и напряжений в конце участка ЛЭП 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), какими должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному несимметричному участку ЛЭП 11. Эти токи и напряжения определяются следующим образом [5]:

; ; ;

;

;

,

где , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений в начале ЛЭП, В; γ_1.1n - постоянная распространения одной из пар волн электромагнитного поля по проводам ЛЭП; , , - комплексные значения действующих величин линейных токов в начале ЛЭП, A; , , - собственные волновые сопротивления соответственно линейных проводов А, В, С, Ом; , , - взаимные волновые сопротивления.

Обязательные условия согласования, на примере частного случая для симметричного 8 (протяженность 100 км) и несимметричного 11 (протяженность 80 км) участков (рис.1) входящих в состав неоднородной трехпроводной неизолированной ЛЭП 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), предстанут в виде:

;

;

;

;

где , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений в конце согласованного симметричного однородного участка ЛЭП, В; , , - комплексные значения действующих величин линейных токов в конце согласованного симметричного однородного участка ЛЭП, А; , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений вначале согласованного несимметричного однородного участка ЛЭП, В; , , - комплексные значения действующих величин линейных токов вначале согласованного несимметричного однородного участка ЛЭП, А.

Величины 40 и 41 умножаются на коэффициент 35 ((Kuz=1) или (Kuz=0)) который равен единице в случае согласования симметричного участка 8 неоднородной трехпроводной ЛЭП 110 кВ или выше 12 (рис.1), в противном случае 35 ((Kuz=1) или (Kuz=0)) имеет значение нуля, и получают амплитудные значения напряжения 43 и амплитудные значения тока 42 . Далее определяется полное сопротивление нагрузки 22 (рис.2), какое оно должно быть при согласовании несимметричного участка трехпроводной ЛЭП 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с этой нагрузкой. Полученные величины отправляются в блок 37 (A₂).

В блоке 37 (А₂) (рис.4) выполняются логические операции. Здесь выполняется сравнение эталонных значений 22 , 43 c сопротивлением нагрузки 21 и напряжением 36 в конце несимметричного участка 11, ЛЭП 110 кВ или выше 12. Здесь же из сопоставления этих величин определяются ошибки по сопротивлению ∆Z1, ∆Z2, ∆Z3 и по напряжению ∆U1, ∆I2, ∆U3. Затем определяются ошибки по току ∆I01-05, ∆I07, ∆I08. При нулевых значениях ошибок по напряжению, ошибки по току ∆I06 и ∆I09 отсутствуют, поэтому в их определении нет необходимости. Информация о величинах ∆Z1, ∆Z2, ∆Z3 и ∆U1, ∆U2, ∆U3 поступает в один из девяти блоков с приоритетом 2. Последующее действие описываемого алгоритма заключается в определении ошибок либо по сопротивлению ∆Z04_O, ∆Z06_O, ∆Z07_O, ∆Z08_O, ∆Z09_O, либо по напряжению ∆U01_O, ∆U02_O, ∆U03K_O, ∆U05_O. Полученные таким образом значения ошибок по напряжению поступают в блок суммы ошибок по напряжению , a величины ошибок по сопротивлению попадают в блок суммы ошибок по сопротивлению Сведения о результатах расчета ошибок поступают в один или несколько блоков корректирующих органов 1, 16, 18, 20, 9 (KO1-5) (рис.1).

Здесь в качестве критерия функционирования корректирующих органов избрано несоответствие напряжения в конце несимметричного участка 11 или сопротивления нагрузки. В принципе, в качестве такого критерия можно избрать и несоответствие тока в конце линии. Для этого в блоке следует собирать ошибки по току, а затем в результате сопоставления эталонного и действительного значений токов в конце линии сформировать сигнал для корректирующих органов 1, 16, 18, 20, 9 (KO1-5) (рис.1).

В процессе реализации предлагаемого способа согласования трехпроводного несимметричного участка ЛЭП 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с электрической нагрузкой выяснено, что при:

и

, ошибка по току не определяется. В этом случае предусмотрено определение дополнительной ошибки по напряжению ∆U_P в виде произведения разницы между 43 и 36 и коэффициента состояния ∆Ios1. Затем сведения об этой дополнительной ошибке отправляются в блок .

Блок 37 (А₂) (рис.4) реализован в среде National Instruments Lab-VIEW 2009.

Согласование неоднородной трехпроводной ЛЭП 110 кВ или выше 12 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.1) можно реализовать и начиная с 21 и 22 , тогда следует рассматривать сначала согласование несимметричного участка 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), а после его согласования и согласование симметричного участка 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ).

Блок симметричного участка ЛЭП 110 кВ или выше 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.1) может быть заменен на блок 44 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.5). Первичные параметры блока 44 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) будут отличаться от первичных параметров блока 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ).

Блок несимметричного участка ЛЭП 110 кВ или выше 11 (НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.1) может быть заменен на блок 45 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис.6). Первичные параметры блока 45 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) будут отличаться от первичных параметров блока 8 (СИММЕТРИЧНЫЙ ОДНОРОДНЫЙ УЧАСТОК ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ).

Источники информации

1. Большанин, Г.А. Распределение электрической энергии пониженного качества по участкам электроэнергетических систем. В 2 кн. Кн.1 / Г.А. Большанин. - Братск: БрГУ, 2006. - 807 с.

2. Большанин, Г.А. Коррекция качества электрической энергии / Г.А. Большание - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007 - 120 с.

3. Большанин, Г.А. Особенности распространения электрической энергии по трехпроводной линии электропередачи / Г.А. Большанин, Л.Ю. Большанина, Е.Г. Марьясова // Системы. Методы. Технологии. - 2011. №3 (11). - С.82-89.

4. Кэрки, Д. Согласование выходного импеданса при помощи полностью дифференциальных операционных усилителей / Д. Кэрки // Компоненты и технологии. - 2010. - №5. - С.150-154.

5. Козлов, В.А. Согласованный режим работы однородной трехпроводной линии электропередачи / В.А. Козлов, Г.А. Большанин // Системы. Методы. Технологии. - 2011. - №4. - С.70-76.

6. Козлов, В.А. Согласованный режим работы однородной трехпроводной ЛЭП 220 кВ и выше как средство улучшения электромагнитной обстановки / Большанин Г.А.// Наука сегодня: теоретические аспекты и практика применения. Ч.2: Сб. науч. трудов. - Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2011. - С.63-66.

7. Козлов, В.А. Условия согласования однородной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи 10 кВ и выше с нагрузкой / В.А. Козлов, Г.А. Большанин // Материалы VII международной научно-практической конференции.- Прага: Печатный дом «Образование и Наука», 2011. - С.86-90.

8. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ТРОЛЛЬ / АО ТоксСофт // http://new.toxsoft.ru. 11.05.2011.

9. Разрешение от 03.04.2007 №РРС 00-23783 Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору.

10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010611988 "Расчет параметров трехфазной трехпроводной неизолированной линии электропередачи (LEP3 v.1.00)".

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при передаче электрической энергии потребителю с помощью неоднородной неизолированной линии электропередачи трехпроводного исполнения. Согласование неоднородной неизолированной трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой достигается в результате выполнения определенных условий, заключающихся в сопоставлении действительного и эталонного сопротивлений обобщенной нагрузки однородного симметричного участка, подразумевающего равенство соответствующих продольных и поперечных параметров каждого линейного провода между собой, и однородного несимметричного участка, подразумевающего нарушение равенства соответствующих продольных и поперечных параметров каждого линейного провода между собой, входящих в состав неоднородной неизолированной трехпроводной линии электрической передачи, напряжений в конце однородного симметричного и однородного несимметричного участков линии или токов, поступающих в обобщенную нагрузку. Технический результат - обеспечение условий согласования неоднородной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ согласования трехпроводной неоднородной неизолированной линии электропередачи с электрической нагрузкой, заключающийся в том, что исходная информация о напряжениях и токах в линии через устройства сопряжения поступают в процессор, отличающийся тем, что в процессоре проверяются поочередно условия согласования однородного симметричного участка, подразумевающего равенство соответствующих продольных и поперечных параметров каждого линейного провода между собой, и однородного несимметричного участка, подразумевающего нарушение равенства соответствующих продольных и поперечных параметров каждого линейного провода между собой, границами однородности могут служить узлы электроэнергетической системы или точки качественного раздела линии электропередачи, а именно: изменение марки и взаимного расположения проводов, резкое изменение рельефа местности и т.п., входящих в состав трехпроводной неоднородной неизолированной линии электропередачи с обобщенными электрическими нагрузками в конце каждого участка для каждого провода линии в результате сравнения действительного и эталонного значений полных сопротивлений обобщенных нагрузок, напряжений в конце участков или токов, поступающих в обобщенную нагрузку, и формируются управляющие сигналы для корректирующих органов, в качестве которых могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов, автотрансформаторы, автоматизированные технологические комплексы, фильтрующие устройства высших гармонических составляющих токов и напряжений различной модификации, генерирующие устройства электрической энергии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессоре могут проверяться поочередно условия согласования сначала однородного несимметричного участка, подразумевающего неравенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, а затем условия согласования однородного симметричного участка подразумевающего равенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессоре могут проверяться поочередно условия согласования однородного несимметричного участка, подразумевающего неравенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, и однородного несимметричного участка, подразумевающего также нарушение равенства продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, перечисленные однородные участки имеют разные величины первичных параметров.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессоре могут проверяться поочередно условия согласования однородного симметричного участка, подразумевающего равенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, и однородного симметричного участка, подразумевающего также равенство продольных и соответствующих поперечных параметров каждого линейного провода между собой, перечисленные однородные участки имеют разные величины первичных параметров.