Способ и устройство адаптивного автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением конденсаторных устройств Российский патент 2023 года по МПК H02J3/12 

Изобретение относится к автоматике электрических сетей и предназначено для автоматизации регулирования напряжения в электрической сети с применением конденсаторных устройств и с учетом фазных напряжений в контрольных точках линии электропередачи.

Известен способ автоматического регулирования напряжения, заключающийся в том, что задают соотношение между напряжением у ближайших и наиболее удаленных потребителей, получающих питание от отходящих линий электрической подстанции, на которой осуществляется регулирование напряжения, и напряжением вторичной обмотки трансформатора электрической подстанции, измеряют фактическое напряжение у ближайших и наиболее удаленных потребителей, измеряют фактическое напряжение вторичной обмотки трансформатора, сравнивают их с нормативными значениями, в случае отличия фактического напряжения у потребителей от нормативных значений определяют фактическое отклонение соотношения между заданными и фактическими напряжениями в контрольных точках, полученное отклонение напряжения используют в качестве указанного корректирующего сигнала. (Патент №2527479, Российская Федерация, МПК H02J 3/12 (2006.01), опубл. 10.09.2014 Бюл. №25).

Известно устройство, реализующее способ автоматического регулирования напряжения, содержащее устройства связи и передачи данных, систему управления, датчики напряжения и выполняющее регулирование напряжения с учетом корректирующего сигнала, полученного на основе измерения напряжения в разных точках электрической сети (Патент №2527479, Российская Федерация, МПК H02J 3/12 (2006.01), опубл. 10.09.2014 Бюл. №25).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ автоматического регулирования напряжения в электрической сети с задержкой по времени начала регулирования, заключающийся в изменении коэффициента трансформации трансформатора в зависимости от корректирующего сигнала на основе полученных фактических данных напряжения у потребителей, в котором задают соотношение между фактическим отклонением напряжения от нормативного значения у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформа гора, от которого питается электрическая сеть, в которой осуществляется регулирование напряжения, задают задержку по времени фактического соотношения между отклонением напряжения от нормативного значения у всех потребителей и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора от заданного соотношения, измеряют фактическое напряжение у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, определяют фактическое отклонение измеренного напряжения от нормативного значения у всех потребителей, измеряют фактическое напряжение вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, определяют фактическое соотношение между отклонениями напряжения от нормативного значения у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, если данное фактическое соотношение через заданное время отличается от заданного соотношения, начинают отчет времени, равного заданному времени фактического соотношения между отклонением напряжения у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, от нормативного значения и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора от заданного соотношения и если в момент окончания отсчета времени фактическое соотношение между отклонением напряжения от нормативного значения у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора отклоняется от заданного соотношения, то полученное значение этого отклонения используют в качестве корректирующего сигнала. [Патент RU 2 588 225 С1, кл. H02J 3/12 опубликован 27.06.2016. Бюл. №18].

Наиболее близким по технической сущности является устройство, реализующее способ автоматического регулирования напряжения в электрической сети с задержкой по времени начала регулирования, содержащее устройства связи и передачи данных, систему управления, датчики напряжения и выполняющее регулирование напряжения с учетом корректирующего сигнала, полученного на основе измерения напряжения в у всех потребителей и на трансформаторной подстанции [Патент RU 2 588 225 С1, кл. H02J 3/12 опубликован 27.06.2016. Бюл. №18].

Наиболее близким по технической сущности является устройство, реализующее способ автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением накопителя электроэнергии, содержащее устройства связи и передачи данных, устройство коммутации накопителя электроэнергии, систему управления и контроля накопителя электроэнергии, датчики напряжения, датчик тока, накопитель электроэнергии, преобразователь накопителя, и выполняющее регулирование напряжения с учетом корректирующего сигнала, полученного на основе измерения напряжения у всех потребителей и на трансформаторной подстанции [Патент №2767517 С1 Российская Федерация, МПК H02J 3/12, H02J 5/00. опубл. 17.03.2022]

Недостатком указанного способа и устройства является недостаточная функциональность, заключающаяся в том, что регулирование напряжения в нем выполняется за счет изменения коэффициента трансформации трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, что не позволяет обеспечить пофазное регулирование напряжения посредством пофазного изменения емкости конденсаторным устройством в нем не учитываются значения фазных напряжений в точке установки конденсаторного устройства и фазные напряжения в других контрольных точках электрической сети.

Технической задачей предлагаемого способа и устройства является расширение его функциональности путем пофазного регулирования напряжения посредством подключения и пофазного изменения емкости конденсаторных устройств, учета значения фазных напряжений в точке установки конденсаторных устройств и фазных напряжений в других контрольных точках электрической сети.

Для решения указанной задачи в предлагаемом способе автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением конденсаторных устройств, заключающемся в осуществлении регулирования напряжения в зависимости от корректирующего сигнала, согласно изобретению, задают соотношение между отклонением фазных напряжений в контрольных точках линии электропередачи, на которой осуществляется регулирование напряжения и напряжением в точке установки конденсаторных устройств, осуществляющей регулирование, измеряют фактические фазные напряжения в контрольных точках линии электропередачи и напряжение в точке установки конденсаторных устройств, измеряют время их отклонения, сравнивают их с нормативными значениями, в случае, если заданное значение времени отклонения меньше времени фактического отклонения напряжения и имеются отклонения фактических напряжений в контрольных точках линии электропередачи в меньшую сторону от нормативных значений, определяют фактическое отклонение соотношения между отклонениями фактических фазных напряжений в контрольных точках и напряжением в точке установки конденсаторных устройств, осуществляющих регулирование, полученное отклонение соотношения используют в качестве корректирующего сигнала, с его учетом осуществляют пофазное регулирование путем подключения и изменения емкости конденсаторных устройств с заданной задержкой по времени, если не имеется отклонений фактических напряжений в контрольных точках линии электропередачи в меньшую сторону от нормативных значений, конденсаторные устройства отключаются, контролируют ток в линии в точке установки конденсаторных устройств и при появлении тока короткого замыкания в линии отключают конденсаторные устройства от сети.

Технический результат достигается также тем, что предлагаемое устройство автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением конденсаторных устройств, включающее датчики напряжения и систему управления, согласно изобретению, содержит конденсаторные устройства, осуществляющие регулирование напряжения подключенные к электрической сети через устройство коммутации конденсаторных устройств, датчики напряжения, установленные на вводах потребителей, соединенные с электрической сетью на вводах потребителей и осуществляющие контроль напряжения в точке их установки и соединенные с помощью встроенных средств связи по каналу связи с системой управления и контроля конденсаторных устройств, передающих в нее информацию о значении напряжения в точках их установки, датчик напряжения, установленный в точке подключения конденсаторных устройств к электрической сети, соединенный с электрической сетью в точке подключения конденсаторных устройств и осуществляющий контроль напряжения в точке его установки и соединенный с системой управления и контроля конденсаторных устройств, передающий в нее информацию о значении напряжения в точке его установки, датчик тока, установленный в электрической сети в точке подключения к ней конденсаторных устройств и осуществляющий пофазный контроль тока в электрической сети в точке его установки и соединенный с электрической сетью и системой управления и контроля конденсаторных устройств, систему управления и контроля конденсаторного устройства, соединенную с конденсаторными устройствами, устройством коммутации конденсаторных устройств, датчиками напряжения и датчиком тока и осуществляющую сбор информации, в том числе с помощью встроенных средств связи с использованием канала связи, с датчиков напряжения и тока, с конденсаторными устройствами, устройством коммутации конденсаторных устройств, обрабатывающую полученную информацию, формирующую команды управления конденсаторных устройств, устройством коммутации конденсаторных устройств.

Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок схема устройства адаптивного автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением конденсаторных устройств.

Схема содержит следующие элементы: 1 - силовой трансформатор подстанции (Т1); 2 - защитный коммутационный аппарат линии электропередачи (ЗКА2); 3 - однофазный потребитель (П3); 4 - однофазный потребитель (П4); 5 - однофазный потребитель (П5); 6 - однофазный потребитель (П6); 7 - трехфазный потребитель (П7); 8 - однофазный потребитель (П8); 9 - датчик напряжения (ДН9); 10 - датчик напряжения (ДН10); 11 - датчик напряжения (ДН11); 12 - датчик напряжения (ДН12); 13 - датчик напряжения (ДН13); 14 - датчик напряжения (ДН14); 15 - датчик напряжения (ДН15); 16 - датчик тока (ДТ16); 17 - система управления и контроля конденсаторных устройств (СУиККУП); 18 - конденсаторное устройство (КУ18); 19 - устройство коммутации конденсаторного устройства (УККУ19); 20 - Канал связи (Канал связи 20); 21 - точка короткого замыкания (К21).

Т1 установлен в электрической сети и соединен с ЗКА2. Потребители П3-П8 подключены к силовой цепи после ЗКА2. ДН9 установлен на вводе потребителя П3 и осуществляет передачу данных о значении напряжения через Канал связи 20 в СУиККУП с помощью встроенных средств связи. ДН10 установлен на вводе потребителя П4 и осуществляет передачу данных о значении напряжения через Канал связи 20 в СУиККУП с помощью встроенных средств связи. ДН11 установлен на вводе П5 и осуществляет передачу данных о значении напряжения через Канал связи 20 в СУиККУП с помощью встроенных средств связи. ДН12 установлен на вводе П6 и осуществляет передачу данных о значении напряжения через Канал связи 20 в СУиККУП с помощью встроенных средств связи. ДН13 установлен на вводе П7 и осуществляет передачу данных о значении напряжения через Канал связи 20 в СУиККУП с помощью встроенных средств связи. ДН14 установлен на вводе П8 и осуществляет передачу данных о значении напряжения через Канал связи 20 в СУиККУП с помощью встроенных средств связи. ДН15 установлен на вводе КУ18 и осуществляет передачу данных о значении напряжения в СУиККУП через соединение или канал связи 20. ДТ16 подключен к силовым цепям электрической сети в точке подключения КУ18 и осуществляет передачу данных о значении тока через соединение, или Канал связи 20 в СУиККУП. КУ18 подключен к электрической сети после ЗКЛ2 в определенной точке через УККУ19. УККУ19 установлен в силовой цепи в точке подключения КУ18 к силовым цепям электрической сети и осуществляет пофазную коммутацию цепи подключения конденсаторных устройств. СУиККУП, всеми датчиками напряжения (через канал связи 20, или через соединение) и датчиком тока ДТ16 через канал связи 20, или через соединение. Она и осуществляет сбор информации, в том числе с помощью встроенных средств связи с использованием канала связи 20, с датчиков напряжения и тока, с конденсаторных устройств, устройства коммутации конденсаторного устройства, обрабатывает полученную информацию, формирует команды управления КУ18, устройством коммутации конденсаторного устройства УККУ19.

Способ автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением конденсаторного устройства осуществляется следующим образом с помощью предлагаемого устройства.

Питание потребителей П3-П8 электрической сети осуществляется через силовой трансформатор Т1 и защитный коммутационный аппарат ЗКА2, при этом датчики напряжения ДН9-ДН14 осуществляют контроль фазных напряжений в точках подключения потребителей П3-П8 к электрической сети и передают в цифровом виде данные о значениях фазных напряжений через Канал связи 20 в систему управления и контроля конденсаторной уставновки СУиККУП, которая осуществляет обработку этих данных, выявляет точки электрической сети, в которых произошли отклонения напряжения, не соответствующие заданным, выявляет исчезновения, прерывания, искажения напряжения, несимметрию по напряжению, а также осуществляет формирование корректирующего сигнала на основе сравнения данных с ДН9-ДН14 и данных датчика ДН15, осуществляющего передачу данных о значениях фазных напряжения в точке подключения КУ18 к электрической сети.

В случае отклонения фактических напряжений в контрольных точках электрической сети (информация от датчиков напряжения ДН9-ДП15) в меньшую сторону от нормативных значений, СУиККУП определяет фактическое отклонение соотношения между отклонениями фактических фазных напряжений в на вводах П3-П8, контролируемых ДН9-ДН14, и напряжением в точке установки конденсаторных устройств, контролируемого ДН15; а затем полученное отклонение соотношения использует в качестве корректирующего сигнала и с его учетом осуществляет пофазное подключение и изменение емкости КУ18 через УККУ19 для регулирования напряжения в фазах электрической сети и снижения степени несимметрии нагрузки от КУ18 с заданной задержкой выдачи по времени.

В случае, если СУиККУП, на основе данных с ДН9-ДН15, не выявляет отклонения фактических напряжений в контрольных точках электрической сети в меньшую сторону от нормативных значений, то СУиККУП передаст сигнал на КУ18 и производится отключение конденсаторных устройств от сети.

ДТ16 осуществляет контроль значений токов, протекающих по фазам электрической сети в точке установки КУ18 и передает данные о них в СУиККУП. При возникновении аварийных режимов работы электрической сети, например, короткого замыкания в точке К21, ДТ16 фиксирует ток короткого замыкания и передает соответствующие данные в СУиККУП. При этом СУиККУП сформирует команду на отключение КУ18 от электрической сети путем отключения УККУ19.

Применение предлагаемого способа и устройства обеспечивает автоматическое пофазное регулирование напряжения в электрической сети с применением конденсаторных устройств на основе сведений о фактических отклонениях напряжения по фазам у всех потребителей и в других -точках сети, за счет чего снижается несимметрия напряжений в сети, повышается качество поставляемой потребителям электроэнергии.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение качества поставляемой потребителям электроэнергии за счет снижения несимметрии напряжений в сети. В способе адаптивного автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением конденсаторных устройств контролируют фактические отклонения напряжения по фазам у всех потребителей и в других точках сети, определяют соотношение между этими отклонениями и отклонением в точке установки конденсаторных устройств, сравнивают с заданным соотношением и на основе этого вырабатывают корректирующий сигнал для регулирования напряжения посредством пофазного подключения и регулирования емкости конденсаторных устройств. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ адаптивного автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением конденсаторных устройств, заключающийся в осуществлении регулирования напряжения в зависимости от корректирующего сигнала, отличающийся тем, что задают соотношение между отклонением фазных напряжений в контрольных точках линии электропередачи, на которой осуществляется регулирование напряжения, и напряжением в точке установки конденсаторных устройств, осуществляющей регулирование, измеряют фактические фазные напряжения в контрольных точках линии электропередачи и напряжение в точке установки конденсаторных устройств, измеряют время их отклонения, сравнивают их с нормативными значениями, в случае, если заданное значение времени отклонения меньше времени фактического отклонения напряжения и имеются отклонения фактических напряжений в контрольных точках линии электропередачи в меньшую сторону от нормативных значений, определяют фактическое отклонение соотношения между отклонениями фактических фазных напряжений в контрольных точках и напряжением в точке установки конденсаторных устройств, осуществляющих регулирование, полученное отклонение соотношения используют в качестве корректирующего сигнала, с его учетом осуществляют пофазное регулирование путем подключения и изменения емкости конденсаторных устройств с заданной задержкой по времени, если не имеется отклонений фактических напряжений в контрольных точках линии электропередачи в меньшую сторону от нормативных значений, конденсаторные устройства отключаются, контролируют ток в линии в точке установки конденсаторных устройств и при появлении тока короткого замыкания в линии отключают конденсаторные устройства от сети.

2. Устройство адаптивного автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением конденсаторных устройств, включающее датчики напряжения и систему управления, отличающееся тем, что введены конденсаторные устройства, осуществляющие регулирование напряжения, подключенные к электрической сети через устройство коммутации конденсаторных устройств, датчики напряжения, установленные на вводах потребителей, соединенные с электрической сетью на вводах потребителей и осуществляющие контроль напряжения в точке их установки и соединенные с помощью встроенных средств связи по каналу связи с системой управления и контроля конденсаторных устройств, передающих в нее информацию о значении напряжения в точках их установки, датчик напряжения, установленный в точке подключения конденсаторных устройств к электрической сети, соединенный с электрической сетью в точке подключения конденсаторных устройств и осуществляющий контроль напряжения в точке его установки и соединенный с системой управления и контроля конденсаторных устройств, передающий в нее информацию о значении напряжения в точке его установки, датчик тока, установленный в электрической сети в точке подключения к ней конденсаторных устройств и осуществляющий пофазный контроль тока в электрической сети в точке его установки и соединенный с электрической сетью и системой управления и контроля конденсаторных устройств, систему управления и контроля конденсаторного устройства, соединенную с конденсаторными устройствами, устройством коммутации конденсаторных устройств, датчиками напряжения и датчиком тока и осуществляющую сбор информации, в том числе с помощью встроенных средств связи с использованием канала связи, с датчиков напряжения и тока, с конденсаторными устройствами, устройством коммутации конденсаторных устройств, обрабатывающую полученную информацию, формирующую команды управления конденсаторных устройств, устройством коммутации конденсаторных устройств.