Система управления режимом напряжений в распределительной электрической сети Российский патент 2017 года по МПК H02J3/12 G05F1/14 

Область техники

Изобретение относится к управлению режимом напряжений в распределительной сети переменного тока путем регулирования напряжения питающего трансформатора и компенсации реактивной мощности.

Уровень техники

Известно устройство автоматического управления напряжением электрической сети, содержащее блок управления, воздействующий на регулятор напряжения под нагрузкой (РПК), которым оснащен силовой трансформатор, питающий распределительную сеть [RU 2280316]. Устройство содержит измерительный трансформатор напряжения, установленный на силовом трансформаторе и измеряющий его выходное напряжение. Значение измеренного напряжения передается через единственный информационный канал в блок управления, который воздействует на РПК, поддерживая выходное напряжение силового трансформатора в соответствии с заданной уставкой.

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно поддерживает выходное напряжение питающего силового трансформатора без учета текущего электрического состояния территориально распределенных трансформаторных подстанций сети, к которым присоединены конечные потребители сети.

В качестве прототипа выбрано устройство управления режимом напряжений в электрической сети, питаемой от силового трансформатора, оснащенного РПК [RU 2416855]. Прототип содержит блок управления, воздействующий на РПК, а также установленные на выходе силового трансформатора и снабженные аналого-цифровыми преобразователями измерительные трансформаторы напряжения и тока в присоединительных линиях. Используя показания указанных измерительных трансформаторов, блок управления вычисляет определяющее присоединение, по параметрам которого в соответствии со встроенным алгоритмом принимает решение о необходимости воздействия на РПН с учетом значений уставок выбранного режима работы и состояния самого регулятора.

Недостаток прототипа - низкая надежность и нестабильность поддержания допустимого режима напряжений в реальной распределительной сети, содержащей территориально распределенные трансформаторные подстанции различной оснащенности, от шин которых питаются конечные потребители электроэнергии, а также частые переключения РПН, снижающие срок службы и надежность работы силового трансформатора.

Раскрытие существа изобретения

Предметом изобретения является система управления режимом напряжений в распределительной электрической сети, питаемой от силового трансформатора, оснащенного РПН, содержащая первый блок управления, воздействующий на указанный регулятор, и снабженные аналого-цифровыми преобразователями измерительные трансформаторы тока и напряжения, установленные на выходе силового трансформатора и, по меньшей мере, на части трансформаторных подстанций распределительной сети, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, на части трансформаторных подстанций установлены автоматические компенсаторы реактивной мощности, поддерживающие напряжения на шинах трансформаторных подстанций в соответствии с заданными уставками, и введен второй блок управления, связанный цифровыми каналами с первым блоком управления и, по меньшей мере, с частью автоматических компенсаторов реактивной мощности и измерительных трансформаторов, при этом второй блок управления выполнен с возможностью расчета напряжений на шинах всех трансформаторных подстанций с использованием данных, полученных им по цифровым каналам, коррекции указанных уставок в случае выхода рассчитанных или измеренных напряжений за допустимые пределы и переключения РПН в случае недостаточности такой коррекции.

Технический результат изобретения состоит в повышении надежности и стабильности поддержания допустимого режима напряжений в распределительной сети, в которой часть территориально распределенных трансформаторных подстанций не оборудована средствами централизованного и/или локального управления (например, в процессе поэтапной модернизации сети), а также в минимизации числа переключений РПК силового трансформатора, питающего сеть, и, следовательно, в повышении аппаратной надежности сети.

Осуществление изобретения

На фигуре представлен пример осуществления заявляемой системы и фрагментарно показана распределительная сеть с трансформаторными подстанциями 1 низкого напряжения, питающими конечных потребителей.

Трансформаторные подстанции 1 различной оснащенности (на фигуре обозначены 1.1, 1.2, 1.3) получают питание от понижающего силового трансформатора 2, снабженного регулятором напряжения под нагрузкой РПК, переключающим отпайки вторичной обмотки трансформатора 2 для изменения его выходного напряжения. Трансформатор 2 установлен на подстанции 3 среднего напряжения (110 кВ) и подключен выходом к шине 4, от которой отходят соединительные линии 5 к подстанциям 1.

Первый блок 6 управления предназначен для воздействия на РПК трансформатора 2 и размещен на подстанции 3.

На выходе трансформатора 2 установлены измерительный трансформатор 7 напряжения (10 кВ), подключенный к шине 4, и измерительные трансформаторы 8 тока на соединительных линиях 5 (в частном случае может использоваться измерительный трансформатор тока, установленный на выходе трансформатора 2).

На части трансформаторных подстанций (одна из которых представлена на фигуре под номером 1.1) установлены измерительные трансформаторы 9 тока и измерительные трансформаторы 10 напряжения. Показания измерительных трансформаторов 7, 8 и установленных на подстанциях 1.1 измерительных трансформаторов 9, 10 оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями 11 (АЦП).

Часть трансформаторных подстанций 1 (две из которых представлены на фигуре под номерами 1.1 и 1.2) оснащены автоматическими компенсаторами 12 реактивной мощности (АКРМ). Функция АКРМ 12 состоит в поддержании напряжения (0,4 кВ) на шине 13 подстанции 1 в соответствии с заданной уставкой, например, путем коммутаций конденсаторной батареи, подключенной к шине 13.

Второй блок 14 управления (БСУ) выполнен на базе программируемого контроллера и связан цифровыми каналами 15 с блоком 6 и (через АЦП 11) с измерительными трансформаторами 7, 8 и с установленными на подстанциях 1.1 измерительными трансформаторами 9, 10. Кроме того, блок 14 связан цифровыми каналами с автоматическими компенсаторами 12 подстанций 1.1.

Уставки по напряжению для АКРМ 12 задаются и корректируются блоком 14, а на подстанциях 1.2, которые функционирует локально - без связи с блоком 14, задаются обслуживающим персоналом и по отношению к заявляемой системе управления являются фиксированными.

Часть подстанций 1 (одна из которых представлена на фигуре под номером 1.3) может быть не оснащена автоматическими компенсаторами и измерительными трансформаторами.

Функции блока 14 включают:

- расчет напряжений на шинах 13 (0,4 кВ) трансформаторных подстанций 1.2 и 1.3 с использованием данных, полученных по цифровым каналам 15;

- коррекцию уставок тех автоматических компенсаторов 9, с которыми блок 14 связан цифровыми каналами 15, в случае, если напряжения на шинах 13, полученные в результате расчета или измеренные трансформаторами 10, выходят за допустимые пределы;

- воздействие на блок 6 для переключения с помощью РПН отпаек трансформатора 2 в случае, если коррекции уставок АКРМ 12 недостаточно для того, чтобы напряжения на всех шинах 13 (измеренные или полученные в результате расчета, произведенного блоком 14) вошли в допустимые пределы.

Заявляемая система работает следующим образом.

Перед началом работы в память блока 14 загружается рабочая программа, включающая цифровую модель распределительной сети, позволяющую определять электрические режимы данной сети в зависимости от данных, поступающих в блок 14 по каналам 15 (положения РПН трансформатора 2, положения АКРМ 12 подстанций 1.1, показания измерительных трансформаторов тока и напряжения), а также информации о фиксированных уставках АКРМ 12, заданных обслуживающим персоналом на подстанциях 1.2.

Программируемый блок 14 в автоматическом режиме с периодом, например, в один час выполняет действия по следующим пунктам:

a) Опрос цифровых каналов 15 для обновления показаний измерительных трансформаторов 8, 9 тока и 7, 10 напряжения, а также данных, получаемых по двунаправленным цифровым каналам, о текущих положениях РПН трансформатора 2 и АКРМ 12 подстанций 1.1.

b) Определение (с использованием результатов произведенного опроса и известных фиксированных уставок АКРМ 12 подстанций 1.2) электрического режима распределительной сети на основе ее цифровой модели, загруженной в память блока 14. При этом для определения напряжений на шинах 13 подстанций 1.1 используются измеренные показания, а подстанций 1.2 и 1.3-расчетные данные, полученные исходя из заданных фиксированных уставок АКРМ 12 и токов нагрузки. Недостаток измеренных показаний по токам нагрузки некоторых линий сети блок 14 может восполнять из прогнозных профилей нагрузки (например, из среднестатистического сезонно-суточного профиля нагрузки для данного потребителя).

c) В случае выхода за допустимые пределы измеренных напряжений на шинах 13 подстанции 1.1, блок 14 рассчитывает корректирующую уставку для взаимодействующего с ним АКРМ 12 данной подстанции.

d) В случае выхода за допустимые пределы рассчитанных напряжений на шинах 13 подстанции 1.2, блок 14 определяет и сохраняет в электронном журнале рекомендаций требуемое значение фиксированной уставки для АКРМ 12 данной подстанции.

e) Сопоставляя требуемое направление коррекции напряжения на шинах 13 подстанции 1.1 с полученными данными о текущем положении соответствующего АКРМ 12, блок 14 проверяет возможность осуществления требуемого изменения напряжения на шинах 13 за счет коррекции уставки с соответствующим автоматическим изменением текущего положения АКРМ 12. При положительном результате такой проверки блок 14 устанавливает соответствующие корректирующие уставки. Отрицательный результат проверки, а также выход за допустимые пределы рассчитанных напряжений на шинах 13 подстанции 1.2 с фиксированной уставкой АКРМ 12, как в пункте d), блок 14 интерпретирует как недостаточность коррекции уставок АКРМ 12 и необходимость выполнения нижеследующих пунктов f) и g) для переключения РПН трансформатора 2.

f) Перебирая возможные положения РПН (начиная с положений, соседних с текущим) и определяя режимы сети аналогично пункту b), блок 14 определяет прогнозные значения напряжений на шинах 13 при различных положениях РПН и выбирает положение РПН, при котором указанные прогнозные напряжения находятся в допустимых пределах на всех подстанциях сети.

g) Через короткий интервал времени (например, 180 секунд) блок 14 повторно выполняет опрос и расчеты по вышеуказанным пунктам а) - f) и при подтверждении необходимости коррекции уставок АКРМ 12 или воздействия на блок 6 для переключения РПН выполняет эти действия.

Как видно из изложенного, изобретение позволяет поддерживать допустимый режим напряжений в распределительной электрической сети, в которой часть территориально распределенных трансформаторных подстанций не оборудована средствами централизованного и/или локального управления, и при этом минимизировать число переключений РПН силового трансформатора, питающего сеть.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности и стабильности поддержания допустимого режима напряжений в распределительной сети, в которой часть территориально распределенных трансформаторных подстанций не оборудована средствами централизованного и/или локального управления (например, в процессе поэтапной модернизации сети), а также минимизация числа переключений регулятора напряжения под нагрузкой (РПН) силового трансформатора, питающего сеть, и, следовательно, повышение аппаратной надежности сети. Трансформаторные подстанции (1) различной оснащенности получают питание от понижающего силового трансформатора (2), снабженного РПН. Первый блок (6) управления предназначен для воздействия на РПН трансформатора (2) и размещен на подстанции (3). На части трансформаторных подстанций (например, 1.1) установлены измерительные трансформаторы (9) тока и измерительные трансформаторы (10) напряжения. Показания измерительных трансформаторов (7, 8 и 9, 10) оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) (11). Часть трансформаторных подстанций (1) оснащены автоматическими компенсаторами (12) реактивной мощности. Второй блок (14) управления выполнен на базе программируемого контроллера и связан цифровыми каналами (15) с блоком (6) и через АЦП (11) с измерительными трансформаторами (7-10). Кроме того, блок (14) связан цифровыми каналами с автоматическими компенсаторами (12) подстанций (1.1). 1 ил.

Система управления режимом напряжений в распределительной электрической сети, питаемой от силового трансформатора, оснащенного регулятором напряжения под нагрузкой, содержащая первый блок управления, воздействующий на указанный регулятор, и снабженные аналого-цифровыми преобразователями измерительные трансформаторы тока и напряжения, установленные на выходе силового трансформатора и, по меньшей мере, на части трансформаторных подстанций распределительной сети, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, на части трансформаторных подстанций установлены автоматические компенсаторы реактивной мощности, поддерживающие напряжения на шинах трансформаторных подстанций в соответствии с заданными уставками, и введен второй блок управления, связанный цифровыми каналами с первым блоком управления и, по меньшей мере, с частью автоматических компенсаторов реактивной мощности и измерительных трансформаторов, при этом второй блок управления выполнен с возможностью расчета напряжений на шинах всех трансформаторных подстанций с использованием данных, полученных им по цифровым каналам, коррекции указанных уставок в случае выхода рассчитанных или измеренных напряжений за допустимые пределы и переключения регулятора напряжения под нагрузкой в случае недостаточности такой коррекции.