Устройство для автоматического регулирования частоты и перетоков мощности энергообъединения Советский патент 1984 года по МПК H02J3/06 

ка cyMNiaTOpoB и первого блока сумматоров, а на вторые входы блока вычитающих устройств и второго блока умножителей подключены соответственно блок задания уставок и третий блок регистров памяти.

2, Устройство по rt.l, о т л и чающееся тем, что блок задания управления содержит с четвертого по седьмой ключи, генератор случайных чисел, третий блок сумматоров, блок ограничителей, четвертый блок регистров, инверторы и регистр сдвига, причем пятый ключ, генерато случайных чисел, четвертый ключ, третий блок сумматоров и блок ограничителей соединены последовательно управляющий ВХОД блока задания управления через первый и второй ин-, верторы включен на управляющие входы пятого и четвертого ключей, выход генератора случайных чисел через регистр сдвига включен на управляемый вход шестого ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока задания управления, а выход подключен к второму входу третьего блока сумматоров,выход блока ограничителей через седьмой ключ подсоединен к четвертому блоку регистров, выход которого соединен с третьим входом третьего блока сумматоров, а управляющий вхо седьмого ключа подключен к управляющему входу блока задания управления, причем выход блока ограничителей является выходом блока задания управления в целом, а управляющий вход пятого ключа является одновременно входом блока задания управления в целом.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ И ПЕРЕТОКОВ МОЦНОСТИ ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЯ, содержащее блок измерения, включающий измерители перетоков мощности, частоты и мощности управляющего воздействия, причем выходы измерителей перетоков мощности и частоты соеди- иены с последовательно соединенными блоками вьщеления случайной составляющей и определения коэффициентов статизма, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности режима регулирования, оно снабжено блоком оценки коэффициентов влияния, блоками умножителей, блоками сумматоров, блоком вычитающих устройств, блоком квадраторов, сумматорами, блоками сравнения, элементом И, ключами, блоком зазадания управления, блоками регис-. тров, умножителем, тактовым генератором, счетчиком импульсов, задатчиком пределов и блоком задания уставок, причем к выходу блока выделенияслучайной составляющей подключены последовательно соединенные блок оценки коэффициентов влияния, первый блок умножителей, первый блок сумматоров , блок вычитающих устройств, блок квадраторов, второй блок умножителей, первый сумматор, первый блок сравнения, элемент И, выход которого соединен с управляющими входами первого ключа и блока задания управления, а на управляемый вход первого ключа подключен выход первого сумматора, выход первого ключа через первый блок регистров подключен к второму входу первого блока сравнения, причем блок определения коэффициентов статизма подсоединен к первому входу умножителя, к вто(О рому входу которого подключены последовательно соединенные второй сумматор, блок задания управления и тактовый генератор, выход которого через счетчик импульсов соединен с управляющим входом второго ключа, а выход блока задания управления подключен к второму входу первого .. блока умножителей, второму входу блока квадраторов, управляемому входу третьего ключа, .а также входу второго блока сумматоров, соединенного последовательно с вторым блоком сравнения, на второй вход котода рого подключен задатчик пределов, N а на третий вход - выход первого блока сумматоров, причем выход второго блока сравнения включен на второй вход элемента И, выход которого соединен с управляющим входом блока задания управления и управлякицим входом третьего ключа, выход которого через второй блок регистров подключен к управляемому входу второго ключа, при этом выход измерителя управляющего воздействия, а также выходы измерителей перетоков мощности и частоты соединены соответственно с вторыми входами второго бло

1

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к регулированию частоты и обменной мощности; и может использоваться в энергосистемах ЭС и энергообъединениях ОЭС.

Под влиянием внешних возмущений нагрузки, изменения величины и состава генерирующего оборудования, а также ряда других факторов частота и перетоки мощности отклоняются от плановых значений (уставокО, При этом некоторые из указанных режимных параметров могут нарушить предельно допустимые значения, что i приводит к возникновению аварийных ситуаций. В связи с этим возникает задача поддержания перетоков мощности и частоты на плановом уровне при выполнении ограничений на указанные режимные параметры.

Известны устройства для регулирования частоты и перетоков мощности эрегообъединенйя на основе статических характеристик объекта управления и величины отклонения частоты и перетоков мощности от плановых значений. Используемые при этом значения коэффициентов крутизны статической частотной характеристики задаются путем экспертных оценок или на основе результатов системных испытаний С.11 - С41.

К недостаткам указанных устройст следует отнести их невысокую- надежность (поскольку ограничения могут быть нарушены) и малую экономичност .(поскольку управляющие воздействия вь1бираются неоптимально).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматического регулирования частоты и активной мощности энергообъединения, содержащее блок измерения, включающий измерители перетоков мощности часто ты и мощности управляющего воздействия, причем выходы измерителей перетоков мощности и частоты соединены с последовательно соединенными блоками выделения случайной составляющей и определения коэффициентов

статизма. Распределение управляющего воздействия на регулирующие станции в этом устройстве осуществляется пропорционально небалансам мощности, возникающим в отдельных частях

5 энергообъединения, а коэффициенты статизма оценкваптся в процессе регулирования L51.

Однако известное устройство характеризуется-: недостаточной надеж0 ностью, обусловленной отсутствием строгих ограничений на режимные параметры и управляющее воздействие, а также невысокой экономичностью, . вызванной отсутствием критерия ка5 чества системы регулирования.

Цель устройства - повыизение надежности и экономичности режима регулирования частоты и перетоков мощности энергообъединения.

Поставленнаяцель достигается тем, что устройство для автоматического регулирования частоты и перетоков мощности, содержащее блок измерения, включающий измерители перетоков мощности, частоты и мощности

5 управляющего воздействия, причем

выходы измерителей перетоков мощности и частоты соединены с последовательно соединенными блоком вьщеления,случайной составляющей и блоком определения коэффициентов статизма, снабжено блоком оценки коэффициентов влияния, блоками умножителей, блоками сумматоров, блоком вычитающих устройств, блоком квадра торов, сумматорами, блоками сравнения, элементом И, ключами, блоком задания управления, блоками регистров, умножителем, тактовым генератором, счетчиком импульсов, эадат-J |чиком пределов и блоком задания уставок, причем к выходу блока выделе ния случайной составляющей подключены последовательно соединенные блок оценки коэффициентов влияния, первый блок умножителей, первый бло сумматоров, блок вычитающих устройс блок квадраторов, второй блок умножителей, первый сумматор, первый блок сравнения, элемент. И, выход которого соединен с управляющими входами первого ключа и| блока задания управления, а на управляемый вх первого ключа подключен выход первого сумматора, выход первого ключа через первый блок регистров подключен к второму входу первого блока сравнения, причем блок определения коэффициентов статизма подсоединен первому входу умножителя, к второму входу которого подключены последовательно соединенные второй сумм&тор, блок задания управления и тактовый генератор, выход которого через счетчик импульсов соединен с управляющим входом второго ключа, а выход блока задания управления подключен также к второму входу первого блока умножителей, второму входу блока квадраторов, управляемому вхо ду третьего ключа, а также входу второго блока сумматоров, соединенного последовательно с вторым блоко сравнения, на второй вход которого подключен задатчик пределов, а на третий вход - выход первого блока сумматоров, причем выход второго блока сравнения включен на второй вход элемента И, выход которого соединен с управляющим входом блока задания управления и управляющим входом третьего ключа, выход которого через второй блок регистров по ключен к управляемому входу второго ключа, при этом выход измерителя управляющего воздействия, а также выходы измерителей перетоков мощное ти и частоты соединены соответствен но с вторыми входами второго блока сумматоров и первого блока сумматоров, а на вторые входы блока вычита ющих устройств и второго блока умно жителей подключены соответственно блок задания уставок и третий блок регистров памяти. Блок задания управления содержи четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, генератор случайных чисел, третий сумматоров, блок ограничителей, четвертый блок регистров, инверторы и регистр сдвига, причем пятый ключ, генератор случайных чисел, четвертый ключ, третий блок сумматоров и блок ограничителей соединены последовательно, управляющий вход блока задания управления через первый и второй инверторы включен на управляющие входы пятого и четвертого ключей, выход генератора случайных чисел через регистр сдвига включен на управляемый вход шестого ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока задания управления, а выход подключен к второму входу третьего блока сумматоров, выход блока ограничителей через седьмой ключ подсоединен к четвертому блоку регистров , выход которого соединен с третьим входом блока сумматоров, а управляющий вход седьмого ключа п одключен к управляющему входу блока задания управления, причем выход блока ограничителей является выходом блока задания управления в целом, а управляющий вход пятого ключа является одновременно входом блока задания управления в целом. На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; н Фиг.2-5 - функциональные схемы отдельных блоков устройства. Устройство содержит (фиг.1) блок 1.1 измерений, включающий измерители перетоков мощности 1г, частоты 1з, и мсяцности управляющего воздействия lu, соединенный с блоком 2 выделения случайной составляющей, выход которого подключен к входу блока 3 определения коэффициентов ста тизма, который, в свою очередь, соединен с входом умножителя 4. К выходу блока 2 выделения случайной составляющей подключены последовательно соединенные блок 5 определения коэффициентов влияния, первый блок 6 умножителей, первый блок 7 сумматоров, блок 8 вычитающих устройств, блок 9 квадраторов, второй блок 10 умножителей, первый сумматор 11, первый блок 12 сравнения, элемент И 13, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 14, выход которого, в свою очередь, подключен к входу первого блока 15 регистров. На второй вход умножителя 9 включены последовательно соединенные второй сумматор 16, блок 17 задания управления и тактовый генератор 18. Выход блока 17 задания управлений включен на второй вход первого блока б умножителей и на вход последовательно соединенных второго блока 19 сумматоров и второго блока 20 сравнения, на второй вход которого подключен задатчик 21 пределов. На второй вход блока 8 вычитающих устройств подсоединен блок 22 задания уставок, а на второй вход второго блока 10 умножителей Еслючен выход третьего блока 23 регистров памяти.. Выход тактового генератора 18 подключен к счетчику 24 импульсов, а выход элемента И 13 подключен также через третий ключ 25 к втброму блоку 26 регистров, который, в свою очередь, соединен с управля емым входом второго ключа 27, на управляющий вход которого включен выход счетчика 24 импульсов. Выход измерителя Ц управляющего воздействия, а также выходы измерителей Ij. и Ij перетоков мощнос ти и частоты соединен)с вторыми входами второго 19 и первого 7 бло ков сумматоров соответственно. Выход блока 17 задания управления соединен вторьви входом блока 9 квадраторов и с управляемым входом третьего ключа 25. Выход первого сумматора 11 соединен с управляемым входом первого ключа 14, а выхс1Д первого блока 15 регистров подключен к второму входу первого блока 12 сравнения. На третий вход второго блока 20 сравнения подключен выход первого блока 7 сумматоров. Блок 17 задания управления испол зует методы случайного поиска экстремума и содержит (фиг.2) последовательно соединенные пятый ключ 28 генератор 29 случайных чисел, четве тый ключ 30, третий блок 31 суммато ров и блок 32 ограничителей. Выход генератора 29 случайных чисел подключен к входу регистра 33 сдвига, ёыход которого через шестой ключ 34 соединен с вторым входом третьего блока 31 сумматоров. Выход блока 32 ограничителей через седьмой ключ 35 подключен к входу четвертого блока регистров, который, в свою очередь соединен с третьим входом, третьего блока 31 сумматоров. Управляющий вход блока 17 задани управления через первый 37 и второй 38 инверторы соединен с управляющим входами пятого 28 и четвертого 30 ключей соответственно, а также непо средственно с управляющими входами шестого 34 и седьмого 35 ключей. Выходом блока 17 задания управле ния служит выход блока 32 ограничителей . Выход тактового генератора 1 включен на вход пятого ключа 28, а управляющим входом всего блока 17 задания управления в целом является выход элемента И 13. Блок 6 (фиг.За) содержит L-M одинаковых умножителей. Блок 7 (фиг.З) состоит из (L+1) многовходовых сумматоров, блок 8 (фиг.з) - из (L+1) одинаковых вы- читающих устройств, блок 9 (фиг.4а) из (M+L+1) одинаковых квадраторов , Второй блок 10 содержит (L+M+1) отдельных умножителей (фиг.4(5). Блок 19 (фиг.4) состоит, из М одинаковых сумматоров, блок 20 - из M+L+1 вычитающих устройств 39, такого же количества пороговых блоков 40 и схемы 41 совпадения (фиг.5). Блок 31 аналогичен первому блоку 7 сумматоров (фиг.З(Г), но отличается количеством сумматоров (М). Остальные блоки предлагаемого устройства являются -стандартными. Это либо обычные умножители, либо сулвлаторы (в том числе многовходовые), либо блоки регистров памяти, а также ключи. Устройствопозволяет получить оптимальные значения управляющих воздействий на регулирующие станции при соблюдении строгих рграничет НИИ на регулируенвле режимные параметры и управляющие воздействия. Предлагаемое устройство является также адаптивным вследствие того, что блоки определения коэффициентов статизма 3 и коэффициентов влияния 5 позволяют устройству перестраиваться при изменении режима работы энергообъединения. Эти коэффициенты оцениваются в темпе процесса регулирования. Приняты следующие обозначения: f - значение частоты энергообъединения; - переток активной мощности между ,i -М и R -М узлами, .Мл - мощность генерации k-ro узла, К4. - коэффициент крутизны статической частотной характеристики энергообъединения;- коэффициент влияния -го узла на переток между J-M и к-м узлом, .Цц. ,М«. йц - предельные значения частоты, перетоков активной мощности, мощностей генерирующих узлов и управляющих воздействий соответственно; -i«- значение уставок для частоты и перетоков мощности pjt. ) my;. - управляющее воздействие на k-й узел, лшк, - i-й расчентый вариант приращения управления в k-M узле. t С изменение приращения i nv в k-M узле в i-M расчетном варианте; .f- - i-й расчетный вариант частоты f ; p. . -i-й расчетный вариант перетока Р - i-й расчетный вариант генерируемой мощности k-ro узла-, дГ - i.-и расчетный вариант приращения частоты , - i-й расчетный вариант приращения nepeTOKapj L L - число перетоков;. М - число узлов. Указанные параметры связаны известными зависимостями f,i-fi. (1) . - ,(2) пПк,.. . (3) Д-Е-1-ka.IuWltjLi (4) ,l-IU(ji.,L (5) Показатель качества регулирования, который необходимо минимизировать, имеет вид (f-kt-| { ; - i,,c где U rOL-it (Ve известные весовые . коэффициенты. Первый и второй члены отражают требование минимизации отклонения регулируемых параметров (частоты и перетоков) от плановых значений, а третий - требование минимизации скорости изменения генерирующих мощ ностей.. Одновременно с минимизацией пока зателя качества (6) при регулироваНИИ должны выдерживаться ограничения вида ) S . (8) MUM,i,l4Mj; . .l tvij (10) где один штрих означает нижнее, а два штриха верхнее предельное значение режимного параметра. Метод регулирования заключается в следующем. На данном шаге регулирования измеряются частота f и перетоки j. , после чего в зависимости от значения этих параметров выбираются пркращения управляющего воздействия лт , Эти воздействия подаются на управляющие входы генерирующих узлов энерго системы, в результате чего мощности управляющих воздействий тп, генерирующих узлов и регулируемые парамет7 рн f и р изменяются и принимают значения, определяемые по формулам tl) - (5). Эти значения и управляющие воздействия удовлетворяют ограничениям (7) - (10) и минимизируют показатель кач,ества ( б ), что обеспе.чивается определенным выбором приращений управляющих воздействий дт. Однако одновременно- с реализацией управляющих воздействий в некоторых узлах энергосистемы изменяется нагрузка, что приводит к нарушению ограничений (7) - (10), а также ухудшает показатель качества (6). В связи с этим на следующем шаге регулирования вновь измеряются частота и перетоки мощности и т.д. Метод выбора приращений управляющих воздействий лт. Строго эти величины могут быть найдены при решении задачи квадратичного программирювания (1) - (10), Однако существующие методы решения этой задачи совершенно не удовлетворяют реальным требованиям по быстродействию регулирования. Поэтому устройством реализуестя метод случайного поиска приращений управляющих воздействий лшщ . При этом i-e расчетное управляющее воздействие на каждом цикле управления определяет ся в зависимости от (i-l)-ro расчетного управляющего воздействия по формуле fiik,i .ть,, .|1 - t,i где (9i I. - случайное число, выраба тьшаемое датчиком случайных чисел, причем . Найденные таким образом величины . корректируются за;тем в соответствии с ограничением (10) и используются для получения величин , f{, , , I-L .После этого проверяется выполнение ограничений (7) - (9). Если они не выполняются, то формула (11) применяется повторно (с теми жезначениями лт,, но с другими значениями В) . Если же ограничения выполняются, то производится сравнения и с 1. . При 7i, t-t формула (11) применяется повторно. Если же 1-;. с 71- то вычисляются управляющие воздействия .UX . й( f где случайное число &, принимается равным предыдущему значению.. Процесс уточнения величин по формуле (11) продолжается до тех. ор, пока не исчерпается лимит вреени, отведенного на расчет управлящих воздействий. Устройство функционирует следующим образом. Значения всех ограничений хранятся в задатчике 21 пределов. Величины уставок регулируемых параметров находятся в блоке 22 задания уставок, а весовые коэффициенты в третьем блоке 23 регистров памяти.

В блоке 1 измерений осуществляется иэм€:рение регулируемых перетоков мощности (блок Ijt) , частоты (блок l а также мсяцностей регулирующих станций (блок li ) . В блоке 2 выделения случайной составляющей от измеренных режимных параметрюв отделяется случайная (быстрая) компонента. Такое разделение значений режимных параметров на случайную и регулярную компоненты осуществляется линейными цифровыми или аналоговыми фильтрами

Случайная компонента режимных параметров используется в блоке 3 определения коэффициентов статизма и в блоке 5 оценки коэффициентов влияния для те кущей оценки этих параметров энергосистем.

Тактовый генератор 18 через интервалы времени at осуществляет запуск блока J7 задания управления. В этом блоке на данном цикле управления формируется i-й возможный вариант приращения управляющего воздействия л. шц. на каждую из М управляющих станций (k 1,..., М). .

Во втором сумматоре 16 значения k. суммируются для получения полного значения приращения управляющего воздействия по всему энергообъединению на i-й итерации, т.е. величины , .

В умножителе 4 полученнаявеличина умножается на значение коэффициента крутизны статической частотной характеристики всего энергообъединения К. Таким образом, определяется ожидаемое приращение 4.f час,тоты энергообъединения (4 ).

Значения д. т,;. поступают на второй вход первого блока б умножителей. На первый вход этого блока с выхода блока 5 поступают оценки коэффициентов влияния Vijjt небаланса 1-го узла на переток между i-м и k-M узлами. На выходе блока б формируются, таким образом, возможные отклонения всех рассматриваемых перетоков мощности при воздействии на них приршдений управляющего воздействия д . Для получения всех возможных отклонений регулируемых перетоков мсяцности, первый блок б умножителей содержит L-M отдельных умножителей. Общее приращение перетока активной мощности Pjx. мегзду k-M и -м узлом определяется на 1-й итерации сохласно внражению (5) в первом блоке 7 сумматоров. В этом же блоке полученные возможные приращения частоты и перетоков мааности суммируются с измеренными в блоке 1 измерений соответствующими значениями частоты и перетоков могцности. Таким образом, на выходе первого блока сумматоров образуются ожидаемые в результате воздействия управления значения регуг

лируемых параметров энергосистемы (1) и (2).

В блоке 8 вычитающих устройств эт значения вычитаются из значений уставок и которые поступают из блока 22 задания уставок на второй вход блока 8. Полученные разности, а также значения приращений управляющего воздействия-л тк,(. возводятся в квадрат в блоке 9 квадраторов. Зна|чения А т.; поступают на второй вход |бЛ;Ока 9 с выхода блока 17 задания управления. Таким образом, на выходе блока 9 формируются ожидаемые квадраты невязок регулируемых режимных параметров и приращений управляющих воздействий.

Значения ожидаемых квадратов невязок поступают на вход второго блока 10 умножителей, в котором взвешиваются в соответствии с задаваемыми в третьем блоке 23 регистров памяти значениями коэффициентов о(,| , f L,

Взвешенные квадраты невязок регулируелаах параметров и управлений суммируются в первом сумматоре 11, на выходе которого формируется значение величины (6).

В первом блоке 12 сравнения величина Ji сравнивается со значением 7K(5t .i i) , которое хранится в первом блоке 15 регистров памяти. В том случае, когда 1-L « it , первый блок 12 сравнения выдает единичный сигнал на первый вход элемента И 13. На второй вход элемента И 13 поступает выходной сигнал второго блока 20 сравнения, в котором ожидае1 б:1е значения регулирующих параметров и значение управляющего воздействия raj-jt, сравнивается с предельно дoпycти aiIми значениями.

Значение управляющего воздействия 1 формируется на выходе второго блока 19 суьв4аторов, а ожидаемые значения регулируемлх параметров поступают на второй вход второго блока 20 сравнения с выхода первого блока сумматоров 7.

Таким образом, на выходе элемен- та И 13 формируется разрешакяций сигнал для первого ключа 14 только в том- случае, если и выполняются ограничения на регулируемые (Параметры и значения управляквдих воздействий. Только в этом случае ключ 114 открывается и в блок 15 регистров записывается значение.

Выходной сигйал элемента И 13 является также разрешающим для третьего ключа 25, на управляемый вход которого с выхода блока 17 задания управления поступает значение возможного приращения управляющего воздействия i. Это значение приращения управляющего воздействия записывается во второй блок регистра 26 только в том случае, когда в полняются все ограничения на регулируемые параметры и управляющие воздействия, а v -1vL при 5 -i i . Подобным образом предлагаемое устройство работает и на ()-й итерации данного цикла управления. Общее число итераций для нахождения оптимального управляющего воздействия задается счетчиком 24 им- . пульсов, который запускается от тактового генератора 18. После переполнения счетчик 24 выдает импульс, который открывает второй ключ 27, и оптимальное приращение управляющего воздействия, которое хранится JBO втором блоке 26 регистров, постуhaeT на регулирующие станции. .Блок 17 задания управления работает следующим образом (фиг.2). Сигнал от тактового генератора 18 поступает на вход пятого ключа 28, который через первый инвертор 37 управляется от элемента И 13. В том случае, когда очередная итерация удачная, пятый ключ 23 закрыт и гене ратор 29 случайных чисел не запускается. При этом на (i +1)-й итерации используется множество случайных чисел е (1,2,,. .,М), которые записаны в регистре 33 сдвига. Шестой ключ 34 открыт и сигнал с выхода регистра 33 сдвига попадает на второй вход третьего блока 31 сумматоров. Если очередная итерация - неудачная, пятый ключ 28 открыт и сигнал от тактового генератора 18 поступает на вход генератора 29 случайных чисел, который, в свою очередь, формирует, множество случайных чисел (., Этот вектор через четвертый ключ 30 поступает на первый вход третьего блока 31 сумматоров, поскольку ключ 30 открыт выходным сигналом элемен- та И 13, прошедшим через второй инвертор 38. Случайные числа записываются также в регистр 33 сдвига,но поскольку шестой ключ 34 закрыт, то они не проходят на второй вход третьего блока 31 сумматоров. Выходной сигнал блока 32 ограничителей поступает на вход седьмого ключа 35 и записывается в четвертый блок 36 регистров при получении разрешающего сигнала от элемента И 13, Таким образом, на (1+1)-й итерации в третьем блоке 31 сумматоров имеют управляющее воздействие тк,1.и Предлагаемое устройство позволяет увеличить уставку ограничителя передачи мощности путем уменьшения флюктуации перетока мощности; ограничитель перетока известных систем АРЧМ работает 5-6 ч/сут. Следовательно, устройство позволяет передавать по линии дополнительную электроэнергию без увеличения расхода топлива.

о

«О

N

о м

оа

N

II SI

OJ

.

:«

.

N

S;

ill

ч

-

-4

«о

....

J || || 51

«п «« fr

ё

гг

Ik