СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2021 года по МПК H02J3/16 H02H3/18 G05F1/70 

Изобретение относится к области электрических сетей и может быть использовано для управления режимами работы линий электропередачи (ЛЭП) переменного тока с помощью устройств поперечной компенсации мощности с целью уменьшения потерь электрической энергии, симметрирования режимов работы фаз линий электропередачи как по активной, так и реактивной мощности.

Известен способ управления реактивной мощностью в фазах линии электропередачи с помощью статического компенсатора мощности, включающий задание и формирование требуемого реактивного сопротивления статического компенсатора мощности по каждой из его фаз, а также синхронизацию управляющих воздействий по изменению реактивного сопротивления компенсатора с синусоидальным напряжением сети (Патент RU на изобретение №2641643 опубл. 19.01.2018 г.).

Известен способ управления мощностью статического компенсатора мощности, работающего в сети синусоидального переменного напряжения и содержащего последовательное соединение реактивного элемента и управляющего устройства, включающий задание генерируемой статическим компенсатором мощности, измерение напряжения на входных зажимах статического компенсатора мощности, вычисление соответствующего заданной генерируемой мощности по каждой из фаз значения напряжения управляющего устройства, задание воздействия на управляющее устройство, обеспечивающее формирование вычисленного значения его напряжения (Патент RU на изобретение №2675620 опубл. 21.12.2018 г.). Этот способ выбран в качестве прототипа.

Общий недостаток известных способов (аналога и прототипа) состоит в том, что они позволяют управлять только реактивными мощностями в фазах линии электропередачи в местах подключения статического компенсатора мощности к фазам линии электропередачи, при этом реализация управления активными мощностями оказывается невозможной.

Технической задачей заявляемого способа является определение и формирование управляющих воздействий на статический компенсатор мощности, обеспечивающих, с учетом параметров текущего режима каждой из фаз, реализацию требуемых режимов работы всех фаз линии электропередачи.

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей статического компенсатора мощности, позволяющее формировать в соответствии с задаваемыми требованиями как реактивные, так и активные мощности в фазах статического компенсатора мощности и, соответственно, осуществлять одновременное более гибкое управление режимами работы фаз линии электропередачи.

Технический результат достигается тем, что в способе управления режимами работы линии электропередачи, осуществляемого посредством статического компенсатора мощности, построенного на основе регулятора переменного напряжения и реактивного элемента, с подключением последовательного соединения выходных зажимов регулятора переменного напряжения и реактивного элемента к одной из фаз линии электропередачи, использующий задание режима работы линии электропередачи, синхронное измерение токов и напряжений линии электропередачи, вычисление текущего режима работы фазы линии электропередачи, вычисление и формирование управляющих воздействий на статический компенсатор мощности, одновременное управление режимами работы во всех фазах линии электропередачи осуществляют путем формирования напряжения на выходных зажимах регулятора переменного напряжения с использованием линейного напряжения других фаз линии электропередачи, а вычисление управляющего воздействия на статический компенсатор мощности осуществляют исходя из текущих параметров режима всех фаз линии электропередачи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ. На фиг. 2 приведен пример построения трехфазного управляемого устройства поперечной компенсации мощности, реализованного на основе компенсатора реактивной мощности, построенного с использованием регулятора переменного синусоидального напряжения и конденсатора. На фиг. 3 приведена векторная диаграмма напряжений и тока в реактивном элементе, поясняющая принцип работы устройства фиг. 2.

На фиг. 1 трехфазная сеть синусоидального переменного напряжения образована источниками синусоидального переменного напряжения 1, 2 и 3. Источники синусоидального переменного напряжения 1, 2, 3 соединены по схеме «звезда» с общей точкой нейтрали в узле 4. Управляемое устройство поперечной компенсации мощности 5 имеет фазные входы 6, 7, 8 для подключения к фазам линии электропередачи и вход 9 для подключения к нейтрали, при этом фазные входы 6, 7, 8 управляемого устройства поперечной компенсации 5 подключены соответственно к узлам 10, 11 и 12. При этом узел 10 соединен с фазным выводом источника синусоидального переменного напряжения 1, узел 11 соединен с фазным выводом источника синусоидального переменного напряжения 2, узел 12 соединен с фазным выводом источника синусоидального переменного напряжения 3, а вход 9 управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5 соединен с узлом 4. Трехфазная нагрузка 13, 14 и 15, соединенная по схеме «звезда», подключена соответственно к узлам 10, 11, 12 через датчики тока 16, 17, 18. Общая точка соединения нагрузок 13, 14, 15 подключена к узлу 4 источников синусоидального переменного напряжения 1, 2, 3. Датчик напряжения 19 подключен между узлами 10 и 4, датчик напряжения 20 подключен между узлами 11 и 4, датчик напряжения 21 подключен между узлами 12 и 4. Информационные выходы датчиков тока 16, 17, 18 и информационные выходы датчиков напряжения 19, 20, 21 подключены к входам блока 22 вычисления текущего режима работы фаз линии электропередачи, а выход блока 22 подключен к первому входу блока 23 управления управляемым устройством поперечной компенсации мощности 5. Второй вход блока 23 подключен к выходу блока 24 задания режима работы ЛЭП. Выход блока 23 соединен со входом управления управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5.

На фиг. 2 приведен простейший пример реализации управляемого устройства поперечной компенсации 5 и раскрыта его структура. Управляемое устройство поперечной компенсации 5 реализовано на основе компенсатора реактивной мощности, построенного с использованием регулятора переменного напряжения 25, выходные зажимы 26 и 27 которого включены последовательно с конденсатором 28, образуя ветвь, подключенную параллельно источнику синусоидального переменного напряжения 1 так, что выходной зажим 26 регулятора переменного напряжения 25 подключен к фазному входу 6 управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5, а выходной зажим 27 регулятора переменного синусоидального напряжения 25 подключен к первому выводу конденсатора 28, второй вывод которого подключен к входу 9 управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5. Входные зажимы регулятора переменного напряжения 22 подключены к фазным входам 7 и 8 управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Управляемое устройство поперечной компенсации мощности 5 в схеме фиг. 1 управляет режимами работы в фазах линии электропередачи за счет использования принципа поперечной компенсации. Управляемое устройство 5 подключено своими фазными входами 6, 7, 8 и 9 к узлам линии электропередачи 9,10, 11, 12 и 4 соответственно. Сигналы с датчиков тока 16, 17, 18 и датчиков напряжения 19, 20 и 21 подаются на информационные входы блока 22 вычисления текущего режима работы фаз линии электропередачи, задачей которого является определение режимов работы каждой из фаз линии электропередачи. При поступлении от блока 24 задания режима работы ЛЭП запроса на задание требуемого режима работы линии электропередачи, блок 23 управления управляемым устройством поперечной компенсации мощности 5, вычисляет необходимое управляющее воздействие на управляемое устройство поперечной компенсации мощности 5, исходя из параметров текущего режима фаз линии электропередачи и регулировочных характеристик управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5, определяющих взаимосвязи мощностей, формируемых управляемым устройством поперечной компенсации мощности 5 в узлах его подключения к фазам ЛЭП, с напряжениями на фазных входах 6, 7, 8 управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5.

Следует отметить, что в известных решениях управление режимами работы фаз линии электропередачи осуществляется за счет изменения только реактивной мощности в точках подключения управляемого устройства поперечной компенсации мощности в линию электропередачи, поскольку каждая фаза управляемых устройств поперечной компенсации мощности, использующих известные способы, представляется пассивным реактивным элементом, подключаемым параллельно к каждой фазе ЛЭП. Поэтому такие управляемые устройства поперечной компенсации, по своей сути, являются компенсаторами реактивной мощности и могут осуществлять управление режимами работы фаз ЛЭП независимо друг от друга.

В тех случаях, когда управляемое устройство поперечной компенсации мощности 5 должно осуществлять управление и активной мощностью фазы, это потребует организации обмена активными мощностями между фазами. Очевидно, что изменение режима работы в одной фазе будет неразрывно влиять на режимы работы других фаз. Следует отметить, что управление режимом работы линии электропередачи подразумевает задание режимов работы всех фаз. В таком случае, управляемое устройство поперечной компенсации мощности 5 представляется устройством одновременного влияния на режимы работы всех фаз линии электропередачи. Взаимосвязь мощностей фаз управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5 с управляющими воздействиями, формируемыми блоком 23, задает его регулировочную характеристику. Очевидно, что регулировочная характеристика управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5 будет зависит от конкретной его схемотехнической реализации. Определение необходимого управления управляемым устройством поперечной компенсации мощности 5 для задания режима работы в каждой фазе линии электропередачи должно базироваться на информации о параметрах текущего режима работы линии электропередачи, определяемого блоком 22 на основе измеренных величин токов и напряжений в линии электропередачи в точках подключения к ней управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5, требований к новому режиму работы фаз линии электропередачи, задаваемому блоком 24, и регулировочной характеристике управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5, устанавливающей взаимосвязь формируемых им мощностей в фазах ЛЭП при их регулировании.

На фиг. 2 приведен пример реализации управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5 на основе регулятора переменного напряжения 25 и конденсатора 28, используемого в качестве реактивного элемента. На входные зажимы, регулятора переменного напряжения 25, подключенные к фазным входам 7 и 8 управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5 подается линейное напряжение, сформированное источниками переменного синусоидального напряжения 2 и 3. Напряжение на выходных зажимах 26 и 27 регулятора переменного напряжения 25 (U_26-27) изменяется пропорционально напряжению на его входных зажимах. Напряжение на реактивном элементе 28 (U_27-9) определяется векторной суммой напряжения источника синусоидального напряжения 1 (напряжение U_10-9) и напряжения на выходных зажимах 26 и 27 регулятора переменного напряжения 25 (напряжение U_26-27). На векторной диаграмме фиг. 3 приведены эти напряжения, а также напряжение на конденсаторе 28 (напряжение U_27-9). Ток I₂₈ в конденсаторе 28 опережает напряжение U₂₈ на конденсаторе 28 на 90 электрических градусов. Как видно из фиг. 3 ток в конденсаторе 28 I₂₈ опережает напряжение источника синусоидального напряжения 1 (напряжение U_10-9) на угол больше, чем 90 электрических градусов. Это указывает на тот факт, что в таком режиме источник переменного синусоидального напряжения 1 потребляет активную мощность, передаваемую от источников переменного синусоидального напряжения 2 и 3. В рассматриваемом примере при регулировании напряжения на выходе регулятора переменного напряжения 25 осуществляется управление мощностями во всех фазах управляемого устройства поперечной компенсации мощности 5 одновременно.

Таким образом, использование совокупности признаков заявляемого изобретения позволяет обеспечивать одновременное управление режимами работы всех фаз линии электропередачи.

Использование: в области электроэнергетики для управления режимами работы линий электропередачи с помощью устройств поперечной компенсации мощности. Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей статического компенсатора мощности, позволяющее формировать в соответствии с задаваемыми требованиями как реактивные, так и активные мощности в фазах статического компенсатора мощности и, соответственно, осуществлять одновременное более гибкое управление режимами работы фаз линии электропередачи. Способ управления режимами работы линии электропередачи осуществляется посредством статического компенсатора мощности, построенного на основе регулятора переменного напряжения и реактивного элемента, с подключением последовательного соединения выходных зажимов регулятора переменного напряжения и реактивного элемента к одной из фаз линии электропередачи. Способ осуществляет задание режима работы линии электропередачи, синхронное измерение токов и напряжений линии электропередачи, вычисление текущего режима работы фазы линии электропередачи, вычисление и формирование управляющих воздействий на статический компенсатор мощности. При этом одновременное управление режимами работы во всех фазах линии электропередачи осуществляют путем формирования напряжения на выходных зажимах регулятора переменного напряжения с использованием линейного напряжения других фаз линии электропередачи, а вычисление управляющего воздействия на статический компенсатор мощности осуществляют исходя из текущих параметров режима всех фаз линии электропередачи. 3 ил.

Способ управления режимами работы линии электропередачи, осуществляемого посредством статического компенсатора мощности, построенного на основе регулятора переменного напряжения и реактивного элемента, с подключением последовательного соединения выходных зажимов регулятора переменного напряжения и реактивного элемента к одной из фаз линии электропередачи, использующий задание режима работы линии электропередачи, синхронное измерение токов и напряжений линии электропередачи, вычисление текущего режима работы фазы линии электропередачи, вычисление и формирование управляющих воздействий на статический компенсатор мощности, отличающийся тем, что одновременное управление режимами работы во всех фазах линии электропередачи осуществляют путем формирования напряжения на выходных зажимах регулятора переменного напряжения с использованием линейного напряжения других фаз линии электропередачи, а вычисление управляющего воздействия на статический компенсатор мощности осуществляют исходя из текущих параметров режима всех фаз линии электропередачи.