Устройство регулирования параметров режима электроэнергетической системы в условиях небаланса мощности Российский патент 2022 года по МПК H02J3/12 G01R23/02 

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть применено в автономных системах электроснабжения или в энергорайонах со слабой связью с внешней системой электроснабжения при кратковременных изменениях частоты, возникающих в сетях внешнего и внутреннего электроснабжения 6-10 кВ.

Известна система управления режимом напряжений в распределительной электрической сети (патент RU №2631873, публ. 28.09.2017, МПК H02J 3/12, G05F 1/14), 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, при этом, 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.

Недостатком настоящего технического решения является низкая надежность электроснабжения из-за невозможности предотвращения аварийных ситуаций в условиях дефицита или избытка мощности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство регулирования напряжения в контролируемой зоне распределительной сети (патент RU №2660181, публ. 05.07.2018, МПК H02J 3/00), включающей питающий трансформатор с РПН с присоединенными к нему распределительными подстанциями, содержащее подключенные к распределительным подстанциям блоки контроля, выполненные идентичными, каждый из которых содержит внутренний блок измерений, блок памяти, блок прогнозирования изменения напряжения и блок формирования запросов, выполненный с возможностью определения допустимого диапазона регулирования и контроля соответствия этому диапазону прогнозируемого напряжения. При этом вход блока измерений является также входом блока контроля и подключен к шине 0,4 кВ распределительной подстанции. Первый выход блока измерений соединен с блоком памяти, к которому подсоединен блок прогнозирования изменения напряжения, подключенный к первому входу блока формирования запросов, второй вход которого подключен ко второму выходу блока измерений. Выход блока формирования запросов является выходом каждого блока контроля и соединен с блоком формирования управляющих воздействий, к которому подсоединен блок реализации управляющих воздействий, подключенный к питающему трансформатору с РПН. Устройство обеспечивает регулирование напряжения на питающем трансформаторе за счет локального контроля напряжения в точках присоединения потребителей.

Недостатком настоящего технического решения является низкая надежность электроснабжения из-за невозможности предотвращения аварийных ситуаций в условиях дефицита или избытка мощности.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание частоты в электроэнергетической системе посредством регулирования напряжения в контролируемой зоне распределительной сети.

Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения за счет снижения количества излишних отключений нагрузки устройствами релейной защиты и автоматики (РЗиА).

Это достигается тем, что известное устройство регулирования параметров режима электроэнергетической системы, распределительная сеть которой включает подстанцию 110/10-6 кВ с питающим трансформатором с регулированием под нагрузкой (РПН), оснащенную подключенными к ее шинам 6-10 кВ устройством автоматической частотной разгрузки (АЧР) и автоматикой ограничения повышения частоты (АОПЧ), при этом к подстанции 110/10-6 кВ присоединены распределительные подстанции 6-10/0,4 кВ, к шинам 0,4 кВ которых подключены нагрузки, каждая из которых оснащена реле напряжения, содержащее подключенные к распределительным подстанциям 6-10/0,4 кВ блоки контроля, выполненные идентичными, каждый из которых содержит внутри блок измерений, блок памяти, блок прогнозирования, блок формирования запросов, при этом вход блока измерений является также входом блока контроля и подключен к шине 0,4 кВ распределительной подстанции 6-10/0,4 кВ, первый выход блока измерений соединен с блоком памяти, к которому подсоединен блок прогнозирования, подключенный к первому входу блока формирования запросов, второй вход которого подключен ко второму выходу блока измерений, выход блока формирования запросов является выходом каждого блока контроля и соединен с блоком формирования управляющих воздействий, к которому подсоединен блок реализации управляющих воздействий, снабжено блоком сигнализации, подсоединенным к третьему выходу блока измерений, и выполненным в виде устройства центральной сигнализации энергообъекта, состоящего из предупредительной центральной сигнализации с выдержкой времени и аварийной центральной сигнализации, первый выход блока реализации управляющих воздействий подключен к питающему трансформатору с РПН, второй выход подсоединен к устройству АЧР, а третий выход подключен к АОПЧ подстанции 110/6-10 кВ, при этом блок измерений выполнен с возможностью измерения частоты распределительной сети, блок памяти выполнен с возможностью фильтрации и хранения данных по частоте, блок прогнозирования выполнен с возможностью прогнозирования частоты и напряжения на 30-минутном интервале, блок формирования запросов выполнен с возможностью выбора управляющих воздействий, включающих переключение отпаек устройства РПН питающего трансформатора и подачу команд на срабатывание устройства АЧР и АОПЧ на основе анализа полученных в совокупности данных по напряжению и частоте, блок формирования управляющих воздействий выполнен с возможностью формирования запросов на переключение отпаек устройства РПН питающего трансформатора и на срабатывание устройства АЧР и АОПЧ, блок реализации управляющих воздействий выполнен с возможностью переключения отпаек устройства РПН питающего трансформатора и подачи команд на срабатывание устройства АЧР и АОПЧ.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана структурная схема устройства регулирования параметров режима электроэнергетической системы в условиях небаланса мощности.

Устройство регулирования параметров режима электроэнергетической системы в условиях небаланса мощности, распределительная сеть которой включает подстанцию 110/10-6 кВ 1 с питающим трансформатором с регулированием под нагрузкой (РПН) 2, оснащенную подключенными к ее шинам 6-10 кВ устройством автоматической частотной разгрузки (АЧР) 3 и автоматикой ограничения повышения частоты (АОПЧ) 4, при этом к подстанции 110/10-6 кВ 1 присоединены распределительные подстанции 6-10/0,4 кВ 5, к шинам 0,4 кВ которых подключены нагрузки, каждая из которых оснащена реле напряжения 6, содержит подключенные к распределительным подстанциям 6-10/0,4 кВ 5 блоки контроля 7, выполненные идентичными, каждый из которых содержит внутри блок измерений 8, блок памяти 9, блок прогнозирования 10, блок формирования запросов 11 и блок сигнализации 12. При этом вход блока измерений 8 является также входом блока контроля 7 и подключен к шине 0,4 кВ распределительной подстанции 6-10/0,4 кВ 5.

Первый выход блока измерений 8 соединен с блоком памяти 9, к которому подсоединен блок прогнозирования 10, подключенный к первому входу блока формирования запросов 11, второй вход которого подключен ко второму выходу блока измерений 8. При этом третий выход блока измерений 8 подсоединен к блоку сигнализации 12.

Выход блока формирования запросов 11 является выходом каждого блока контроля 7 и соединен с блоком формирования управляющих воздействий 13, к которому подсоединен блок реализации управляющих воздействий 14, первый выход которого подключен к питающему трансформатору с РПН 2, второй выход подсоединен к устройству АЧР 3, а третий выход подключен к АОПЧ 4 подстанции 110/6-10 кВ 1.

Блок сигнализации 12 выполнен в виде устройства центральной сигнализации энергообъекта, состоящего из предупредительной центральной сигнализации с выдержкой времени и аварийной центральной сигнализации.

Блок измерений 8 выполнен с возможностью измерения частоты распределительной сети. Блок памяти 9 выполнен с возможностью фильтрации и хранения данных по частоте. Блок прогнозирования 10 выполнен с возможностью прогнозирования частоты и напряжения на 30-минутном интервале. Блок формирования запросов 11 выполнен с возможностью выбора управляющих воздействий, а именно - переключения отпаек устройства РПН питающего трансформатора 2 и подачи команд на срабатывание устройства АЧР 3 и АОПЧ 4 на основе анализа полученных в совокупности данных по напряжению и частоте.

Блок формирования управляющих воздействий 13 выполнен с возможностью формирования запросов на переключение отпаек устройства РПН питающего трансформатора 2 и на срабатывание устройства АЧР 3 и АОПЧ 4. Блок реализации управляющих воздействий 14 выполнен с возможностью переключения отпаек устройства РПН питающего трансформатора 2 и подачи команд на срабатывание устройства АЧР 3 и АОПЧ 4.

Устройство регулирования параметров режима электроэнергетической системы в условиях небаланса мощности работает следующим образом.

Блок контроля 7 осуществляет контроль уровня напряжения и частоты в распределительной сети электроэнергетической системы следующим образом. Блок измерений 8 осуществляет непрерывное измерение действующих значений напряжения и частоты в распределительной сети. Измеренные значения передаются в блок памяти 9 и блок формирования запросов 11. Записанные данные в блоке памяти 9 обрабатываются и фильтруются, исключая случайные помехи и воздействия от регулирующих устройств распределительной сети. На основе обработанных данных в блоке прогнозирования 10 выполняется прогнозирование изменения напряжения и частоты на 30-минутном интервале. При этом в блоке формирования запросов 11 по данным блока измерения 8 определяется величина небаланса мощности (разница между потребляемой и выдаваемой мощностью) в данный момент, а по данным блока прогнозирования 10 определяется величина небаланса мощности через 30 минут, после этого производится сравнение этих величин.

Если данные величины одинаковы с учетом допустимой погрешности, что соответствует нормальному режиму работы системы энергоснабжения, то управляющие воздействия не требуются. Блок формирования запросов 11 при этом не формирует никаких запросов.

Если же прогнозируемая величина небаланса мощности больше величины, вычисленной в данный момент, то выявляется, что в системе существует возможность возникновения дефицита (в случае, если разница между потребляемой и выдаваемой мощностью положительна) или профицита (в случае, если разница между потребляемой и выдаваемой мощностью отрицательна) мощности.

Например, при дефиците мощности определяется возможное снижение напряжения и по нему рассчитывается возможное ограничение потребляемой мощности (происходит пропорциональное изменение), допустимое для данных шин 0,4 кВ распределительной подстанции 6-10/0,4 кВ 5. Полученный результат сравнивается с величиной небаланса мощности по прогнозу: в случае, если величины равны с допустимой погрешностью, то в блоке формирования запросов 11 формируется запрос к блоку формирования управляющих воздействий 13 на снижение напряжения в соответствии с рассчитанной величиной; если же величины не равны, то в блок формирования управляющих воздействий 13 передается запрос на невозможность регулирования.

Если хотя бы от одного блока контроля 7 приходит запрос на управляющее воздействие к блоку формирования управляющих воздействий 13, блок формирования управляющих воздействий 13 опрашивает остальные блоки контроля 7, подключенные к другим распределительным подстанциям 6-10/0,4 кВ 5 и формирует управляющее воздействие либо на переключение отпаек устройства РПН питающего трансформатора 2, либо на срабатывание устройства АЧР 3 или АОПЧ 4.

Если от блоков контроля 7 в блок формирования управляющих воздействий 13 приходят запросы на допустимую величину снижения напряжения, рассчитывается оптимальная величина снижения напряжения для бесперебойной и надежной работы наибольшего количества потребителей. Итоговый запрос о величине снижения напряжения передается в блок реализации управляющих воздействий 14, что в свою очередь подает команды на переключение отпаек питающего трансформатора с РПН 2.

При изменении напряжения на шинах 0,4 кВ распределительной подстанции 6-10/0,4 кВ 5 некоторые потребители посредством реле напряжения 6 отключаются по условию недопустимого снижения/повышения напряжения, либо переводятся на питание от резервного источника. У потребителей, для которых текущее изменение напряжения является допустимым, происходит пропорциональное изменение мощности потребления. При отключении нагрузки блок измерений 8 фиксирует скачки напряжения и подает сигнал на срабатывание блока сигнализации 12, которое оповещает об отключении потребителей.

В случае получения запроса в блок формирования управляющих воздействий 13 от блоков контроля 7 на недопустимость регулирования в блоке формирования управляющих воздействий 13 формируется команда к блоку реализации управляющих воздействий 14 на разрешение срабатывания устройства АЧР 3 при снижении частоты или АОПЧ 4 при ее повышении.

Как только значение частоты в электроэнергетической системе окажется в пределах допустимых границ, происходит обратный процесс регулирования напряжения и подключения всей нагрузки потребителей.

В связи с тем, что выбранная величина снижения напряжения допустима не для всех потребителей, и они могут отключиться реле напряжения, блок контроля снабжен блоком сигнализации, который позволяет информировать персонал подстанции об объеме и длительности отключения нагрузок данного узла.

Таким образом, благодаря тому, что блок измерений 8 выполнен с возможностью измерений не только напряжения, но и частоты, блок памяти выполнен увеличенного объема и в нем дополнительно обрабатываются, фильтруются и хранятся данные по частоте, изменены алгоритмы прогнозирования в блоке прогнозирования 10 (прогнозирование напряжения выполняется на 30-минутном интервале, а также добавлен алгоритм реализации прогнозирования частоты), в блоке контроля 7 реализован алгоритм по регулированию потребляемой мощности посредством изменения напряжения с учетом допустимых для работы электроприемников диапазонов напряжения и частоты в условиях дефицита или избытка мощности.

Как следствие, предлагаемое изобретение позволяет реализовать плавное регулирование частоты в системе на стороне потребителей для предотвращения их дальнейшего отключения, а также повысить надежность электроснабжения потребителей в условиях дефицита или избытка мощности.

Использование изобретения позволяет повысить надежность электроснабжения потребителей в условиях дефицита или избытка мощности вследствие снижения количества излишних отключений нагрузки устройствами релейной защиты и автоматики (РЗиА) за счет поддержания частоты в электроэнергетической системе регулированием напряжения в контролируемой зоне распределительной сети.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам электроснабжения. Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения. Достигается тем, что распределительная сеть устройства регулирования параметров режима электроэнергетической системы включает подстанцию 110/10-6 кВ с питающим трансформатором с регулированием под нагрузкой (РПН), оснащенную подключенными к ее шинам 6-10 кВ устройством автоматической частотной разгрузки (АЧР) и автоматикой ограничения повышения частоты (АОПЧ), при этом к подстанции 110/10-6 кВ присоединены распределительные подстанции 6-10/0,4 кВ, к шинам 0,4 кВ которых подключены нагрузки, каждая из которых оснащена реле напряжения, содержит подключенные к распределительным подстанциям 6-10/0,4 кВ блоки контроля, каждый из которых содержит внутри блок измерений, блок памяти, блок прогнозирования, блок формирования запросов, блок формирования управляющих воздействий и блок сигнализации. 1 ил.

Устройство регулирования параметров режима электроэнергетической системы в условиях небаланса мощности, распределительная сеть которой включает подстанцию 110/10-6 кВ с питающим трансформатором с регулированием под нагрузкой (РПН), оснащенную подключенными к ее шинам 6-10 кВ устройством автоматической частотной разгрузки (АЧР) и автоматикой ограничения повышения частоты (АОПЧ), при этом к подстанции 110/10-6 кВ присоединены распределительные подстанции 6-10/0,4 кВ, к шинам 0,4 кВ которых подключены нагрузки, каждая из которых оснащена реле напряжения, содержащее подключенные к распределительным подстанциям 6-10/0,4 кВ блоки контроля, выполненные идентичными, каждый из которых содержит внутри блок измерений, блок памяти, блок прогнозирования, блок формирования запросов, при этом вход блока измерений является также входом блока контроля и подключен к шине 0,4 кВ распределительной подстанции 6-10/0,4 кВ, первый выход блока измерений соединен с блоком памяти, к которому подсоединен блок прогнозирования, подключенный к первому входу блока формирования запросов, второй вход которого подключен ко второму выходу блока измерений, выход блока формирования запросов является выходом каждого блока контроля и соединен с блоком формирования управляющих воздействий, к которому подсоединен блок реализации управляющих воздействий, отличающееся тем, что оно снабжено блоком сигнализации, подсоединенным к третьему выходу блока измерений и выполненным в виде устройства центральной сигнализации энергообъекта, состоящего из предупредительной центральной сигнализации с выдержкой времени и аварийной центральной сигнализации, первый выход блока реализации управляющих воздействий подключен к питающему трансформатору с РПН, второй выход подсоединен к устройству АЧР, а третий выход подключен к АОПЧ подстанции 110/6-10 кВ, при этом блок измерений выполнен с возможностью измерения частоты распределительной сети, блок памяти выполнен с возможностью фильтрации и хранения данных по частоте, блок прогнозирования выполнен с возможностью прогнозирования частоты и напряжения на 30-минутном интервале, блок формирования запросов выполнен с возможностью выбора управляющих воздействий, включающих переключение отпаек устройства РПН питающего трансформатора и подачу команд на срабатывание устройства АЧР и АОПЧ на основе анализа полученных в совокупности данных по напряжению и частоте, блок формирования управляющих воздействий выполнен с возможностью формирования запросов на переключение отпаек устройства РПН питающего трансформатора и на срабатывание устройства АЧР и АОПЧ, блок реализации управляющих воздействий выполнен с возможностью переключения отпаек устройства РПН питающего трансформатора и подачи команд на срабатывание устройства АЧР и АОПЧ.