СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2019 года по МПК H02J3/12 G05F1/14 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к распределительным сетям переменного тока и может быть использовано для управления работой сети и поддержания характеристик качества поставляемой электроэнергии в заданных пределах.

В настоящее время в распределенных электрических сетях наблюдается большое разнообразие используемого оборудования и систем сбора и обработки данных. С целью объединить различные системы в единую информационную сеть была разработана номенклатура стандартов МЭК, унифицирующая процесс сбора и обработки данных для их последующей передачи в вычислительные центры и дальнейшего анализа. Существуют различные реализации систем управления электрическими сетями, использующие оборудование широкого класса производителей.

Традиционные известные способы и устройства управления для распределительных сетей передачи электроэнергии (см., например, патенты на изобретение RU 2280316 от 26.03.2002 г., RU 2416855 от 13.04.2010 г.) основаны на непрерывном анализе текущего уровня напряжения на шинах или в заданной точке сети с последующим выбором требуемого коэффициента трансформации силового трансформатора устройствами регулирования под нагрузкой (РПН).

Известные технические решения обладают следующими недостатками: не учитывается неоднородность нагрузок в распределительной сети между потребителями, не учитываются фактические уровни напряжения в распределительной сети, отсутствует обратная связь с непосредственным потребителем электроэнергии.

В результате изучения уровня техники заявителю стало известно о наиболее близком аналоге - системе управления для распределительных сетей передачи электроэнергии по патенту RU 2631873 от 27.10.2016 г. Данная система содержит, по меньшей мере, один регулируемый компонент в виде силового трансформатора с регулятором напряжения под нагрузкой, центр управления, воздействующий на указанный регулятор, блоки удаленного сбора и обработки данных с измерительными трансформаторами тока и напряжения и аналого-цифровыми преобразователями, установленные на трансформаторных подстанциях распределительной сети и связанные с центром управления цифровыми каналами связи. Известная система управления позволяет поддерживать в электрической сети режим напряжения и компенсировать реактивную мощность.

Недостаток известной системы управления заключается в ее детерминированности - использовании определенного набора характеристик, ограничивающих возможности использования системы для компенсаций негативных факторов, возникающих в работе электрической распределительной сети, и в невозможности учета множества характеристик, влияющих на качество электроэнергии, поставляемой потребителям. В результате качество поставляемой электроэнергии в ряде ситуаций оказывается неудовлетворительным.

Технический результат от использования предложенного изобретения состоит в повышении качества поставляемой потребителям электроэнергии за счет снижения детерминированности системы управления для сетей передачи и распределения электроэнергии, придания ей интеллектуальных свойств, способствующих «самообучению» системы, а также за счет возможности учета множества характеристик, влияющих на качество электроэнергии.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе управления для сетей передачи электроэнергии, содержащей, по меньшей мере, один регулируемый компонент в виде силового трансформатора с регулятором напряжения под нагрузкой, центр управления, воздействующий на указанный регулятор, блоки удаленного сбора и обработки данных с измерительными трансформаторами тока и напряжения и аналого-цифровыми преобразователями, установленные на трансформаторных подстанциях распределительной сети и связанные с центром управления цифровыми каналами связи, отличающейся тем, что в центре управления установлены блок хранения информации с блоков удаленного сбора и обработки данных и контроллер присоединения с возможностью корреляционной обработки текущей информации с блоков удаленного сбора и обработки данных и информации, хранящейся в блоке хранения информации.

Также технический результат достигается тем, что в системе управления для сетей передачи электроэнергии блоки удаленного сбора и обработки данных выполнены с возможностью измерения амплитуд напряжения и тока прямой последовательности: активной, реактивной и полной мощности, коэффициента мощности, действующих значений напряжения и тока для каждой фазы электрической сети.

Предлагаемая система управления для сетей передачи электроэнергии - это система, основанная на распределенной многоядерной архитектуре, обладающая высокой надежностью и поддерживающая режим работы в реальном времени.

Устройство поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен пример осуществления предлагаемой системы управления и фрагментарно показана распределительная сеть с трансформаторными подстанциями низкого напряжения, питающими конечных потребителей, на фиг. 2 - временная диаграмма изменения напряжения сети низкого напряжения 0,38 кВ.

Система управления для сетей передачи электроэнергии содержит центр управления 1, в состав которого входят контроллер присоединения (КП-ПР) 2 с возможностью корреляционной обработки данных, и блок хранения информации 3. Блоки удаленного сбора и обработки данных 4, 5, 6, 7 реализованы на основе измерительных трансформаторов тока, измерительных трансформаторов напряжения и аналого-цифровых преобразователей и по цифровым каналам связи 8 подключены к центру управления 1. Такое выполнение блоков удаленного сбора и обработки данных позволяет вести измерение и учет следующих текущих параметров поставляемой электроэнергии:

U1 - амплитуда напряжения прямой последовательности;

I1 - амплитуда тока прямой последовательности;

Р - активная мощность U1*I1*cos(ϕ);

Q - реактивная мощность U1*I1*sin(ϕ);

cos(ϕ) - коэффициент мощности;

S - полная мощность U1*I1;

U_{rms 1} - действующее значение напряжения для фазы 1;

I_{rms 1} - действующее значение тока для фазы 1;

U_{rms 2} - действующее значение напряжения для фазы 2;

I_{rms 2} - действующее значение тока для фазы 2;

U_{rms 3} - действующее значение напряжения для фазы 3;

I_{rms 3} - действующее значение тока для фазы 3.

Центр управления 1 реализован на базе контроллера присоединения 2, обеспечивающей управление системой в режиме реального времени. КП-ПР осуществляет прием, обработку и архивацию значений электротехнических параметров каждого блока 4, 5, 6, 7 удаленного сбора и обработки данных с периодом 1 минута, на годовом интервале времени.

На фиг. 1 также показаны следующие компоненты распределительной сети передачи электроэнергии: линия 9 напряжением 220-110 кВ, силовой трансформатор (автотрансформатор) 10, снабженный регулятором под нагрузкой (РПН) 11 и устройством контроля 12, осуществляющим контроль функционирования РПН и формирование сигнала об изменении номера отпайки (ответвления), шина 13 напряжением 2-6 кВ, трансформаторные подстанции 14, 15, 16, 17. Управляющий вход устройства контроля 12 подключен к процессору 2 системы управления.

Кроме того, в распределительной сети могут присутствовать иные регулируемые и управляемые компоненты для улучшения качества поставляемой электроэнергии, например, компенсирующие конденсаторные батареи (на фиг. 1 не показаны), которые также через соответствующие коммутирующие устройства подключаются к процессору 2.

Работа предлагаемой системы управления поясняется на наиболее простом примере, в котором система управления отслеживает работу распределительной сети по одному параметру - действующему значению напряжения.

Блоки удаленного сбора и обработки данных 4, 5, 6, 7 ведут непрерывный контроль этого параметра на шинах 0,38 кВ трансформаторных подстанций 14, 15, 16, 17 и по линиям цифровой связи 8 (сеть Интернет (Ethernet), протокол IPv6) передают информацию о текущих" значениях напряжения в центр управления 1. Данные архивируются и запоминаются в блоке хранения информации 3.

Контроллер присоединения 2 центра управления 1 отслеживает текущие значения напряжения и через устройство контроля 12 управляет РПН 11. Пусть, например, в состоянии равномерной нагрузки задействована отпайка (ответвление) №5 трансформатора 10. Предположим, на временном интервале t₁-t₂ (фиг. 2) впервые возникла ситуация, когда контролируемый параметр начал интенсивно снижаться и вышел за пределы допустимого отклонения (пределы допустимых значений этого параметра обозначены пунктиром). Центр управления 1, отрабатывая эту ситуацию, через устройство контроля 12 и РПН 11 обеспечивает переключение силового трансформатора 10 с отпайки №5 на отпайку №8, что приводит к быстрому росту напряжения и возникновению перерегулирования, когда в момент t₃ напряжение выходит за верхнюю границу допуска и центру управления 1 приходится вновь регулировать ситуацию и переключать трансформатор 10 с отпайки №8 на отпайку №7. В результате в момент времени t₄ параметр приходит в норму. Динамика изменения контролируемого параметра, управляющие воздействия и реакция электрической сети архивируются и сохраняются в блоке хранения информации 3 в течение года.

Пусть, например, очередная негативная ситуация развивается позднее на временном интервале t₅-t₆. Контроллер присоединения 2 производит корреляционную обработку текущего сценария и архивных данных из устройства хранения информации 3. В ходе корреляционного анализа (временного сканирования архивных данных) КП-ПР 2 обнаруживает схожую ситуацию, которая имела место в электрической сети на временном интервале t₁-t₂. Анализируя корректирующие действия системы управления на предыдущем временном интервале t₁-t₂ и реакцию электрической распределительной сети, КП-ПР 2 дает команду переключения силового трансформатора на отпайку №7, исключая промежуточный не совсем удачный шаг переключения на отпайку №8. Ситуация на временно интервале t₅-t₆ также архивируется и запоминается в блоке хранения информации 3.

В архиве накапливается опыт воздействия на управляемую электрическую сеть и реагирования сети при различных отклонениях от штатной работы, а все последующие действия системы управления осуществляются с учетом уже полученного опыта. Т.е. можно говорить, что в результате выполнения предложенной системы управления для сетей передачи электроэнергии в соответствии с формулой предложенная система управления приобретает некие интеллектуальные свойства и проявляет способность к «самообучению», а алгоритм управления является активно-адаптивным. По мере накопления данных в блоке хранения информации 3 воздействие системы управления на регулируемые компоненты (в рассмотренном примере работы это - силовой трансформатор 10 с РПН 11) становится все более точным, что приводит к повышению качества электроэнергии, поставляемой потребителям.

Предлагаемая система управления может работать в полуавтоматическом режиме, когда результатом ее работы является выдача рекомендаций оператору на конкретные корректирующие действия с учетом накопленного опыта реагирования электрической сети в различных сценариях, так и в автоматическом режиме, когда система управления непосредственно воздействует на регулируемые компоненты сети.

Предлагаемая система управления для сетей передачи электроэнергии может применяться не только для удержания в заданных допусковых пределах одного текущего параметра, как это было рассмотрено выше на примере работы по действующему значению напряжения, но и по всем остальным параметрам, непрерывную регистрацию которых обеспечивают блоки удаленного сбора и обработки данных. Естественно, в этом случае в электрической распределительной сети должны быть предусмотрены соответствующие регулируемые и управляемые компоненты, например, компенсирующие конденсаторные батареи (на рис. 1 не показаны), которые также через соответствующие коммутирующие устройства подключаются к центру управления 1.

Таким образом, изобретение позволяет улучшить качество поставляемой потребителям электроэнергии за счет учета и активной коррекции множества текущих параметров, контролируемых в точках подключения главных потребителей.

Система содержит регулируемый компонент в виде силового трансформатора (РПН), что представляет собой Объект управления системы. Блоки удаленного сбора и обработки информации с цифровыми каналами связи представляют собой датчики системы.

Центр управления состоит из:

- контроллера присоединения, представляющего собой устройство, состоящее и центрального процессора, модулей ввода-вывода, блока питания, объединительной магистрали, объединенных вместе в единое устройство в конструктиве Евромеханика 19", чем подтверждается его конструктивное единство;

- блока хранения информации, который может быть реализован в виде твердотельного накопителя информации, непосредственно входящего в состав процессорного модуля контроллера, либо в виде отдельного устройства - промышленного компьютера в случаях, если обработки. Такой распределенный вариант исполнения системы применяется также в случаях, где требуется увеличить надежность.

Изобретение применимо в комплексных системах повышения качества электроэнергии на промышленных предприятиях и городских распределительных сетях.

Использование: в области электроэнергетики для управления работой сети и поддержания характеристик качества поставляемой электроэнергии в заданных пределах. Технический результат - повышение качества поставляемой потребителям электроэнергии за счет снижения детерминированности системы управления для сетей передачи и распределения электроэнергии, придания ей интеллектуальных свойств, способствующих «самообучению» системы, а также за счет возможности учета множества характеристик, влияющих на качество электроэнергии. Система управления для сетей передачи электроэнергии содержит по меньшей мере один регулируемый компонент в виде силового трансформатора с регулятором напряжения под нагрузкой, центр управления, воздействующий на указанный регулятор, блоки удаленного сбора и обработки данных с измерительными трансформаторами тока и напряжения и аналого-цифровыми преобразователями, установленные на трансформаторных подстанциях распределительной сети и связанные с центром управления цифровыми каналами связи. В центре управления установлены блок хранения информации с блоков удаленного сбора и обработки данных и контроллер присоединения с возможностью корреляционной обработки текущей информации с блоков удаленного сбора и обработки данных и информации, хранящейся в блоке хранения информации. Блоки удаленного сбора и обработки данных выполнены с возможностью измерения амплитуд напряжения и тока прямой последовательности: активной, реактивной и полной мощности, коэффициента мощности, действующих значений напряжения и тока для каждой фазы электрической сети. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система управления для сетей передачи электроэнергии, содержащая по меньшей мере один регулируемый компонент в виде силового трансформатора с регулятором напряжения под нагрузкой, центр управления, воздействующий на указанный регулятор, блоки удаленного сбора и обработки данных с измерительными трансформаторами тока и напряжения и аналого-цифровыми преобразователями, установленные на трансформаторных подстанциях распределительной сети и связанные с центром управления цифровыми каналами связи, отличающаяся тем, что в центре управления установлены блок хранения информации с блоков удаленного сбора и обработки данных и контроллер присоединения с возможностью корреляционной обработки текущей информации с блоков удаленного сбора и обработки данных и информации, хранящейся в блоке хранения информации.

2. Система управления для сетей передачи электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что блоки удаленного сбора и обработки данных выполнены с возможностью измерения амплитуд напряжения и тока прямой последовательности: активной, реактивной и полной мощности, коэффициента мощности, действующих значений напряжения и тока для каждой фазы электрической сети.