Устройство автоматического регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме Советский патент 1985 года по МПК H02J3/06 

совокупности второй вход блока формирования управляющих воздействий, связанный с первым выходом фактических уставок блока расчета фактических уставок и весовых коэффициентов, вторые управляющие входы всех имитаторов узлов энергосистемы-образуют в совокупности третий вход блока формирования управляющих воздействий, связанньй с вторым выходом блока телеизмерений, объединяющим выходы датчиков генерирующих мощ ностей, первые функх иональные входывсех имитаторов узлов энергосистемы объединены,, вторые функциональные входы этих имитаторов и первый и второй функциональные входы всех имитаторов линий электропередач соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы, при этом каждый имитатор узла энергосистемы выполнен в виде последовательно соединенных усилителя и управляемого резистора, включенных параллельно с управляемым источником тока между двумя функциональными входами имитатора, управляк щие входы управляемого резистора и управляемого источника тока являются соответственно первым и вторым управляющими входами имитатора в целом, а выход усилителя является управляющим выходом имитатора в целом, каждый имитатор линии электропередач, вьтолнен в виде параллельно соединенных управляемого резистора и управляемого источника тока, подключенных между двумя функциональными входами имитатора, а управляющие входы управляемого резистора и управ-ляемого источника тока являются соответственно первым и вторым управляющими входами имитатора в целом.

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕТОКОВ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ содержащее блок телеизмерения регулируемых параметров, состоящий из датчиков пере- токов мощности и датчиков генерируё- мьрс мощностей, вход которого соединен с энергосистемой, первый выход объединяет выходы датчиков перетоков мощности, а второй - выходы датчиков генерирующих мощностей, блок задатчиков .уставок, вькод которого объединяет выходы задатчиков уставок, и управляющий блок, связанный своим выходом через канал управления мощностью регулирующих объектов с энергосистемой, причем управляющий блок содержит блок корректирующих фильтров и блок расчета фактических уставок и весовых коэффициентов,- у которого имеется первый вход, связанный с первым выходом блока телеизмерений, объединяющим выходы датчиков перетоков мощности, s& iMtii iijf второй вход, связанный с вторым выходом блока телеизмерений, объединяющим выходы датчиков генерируемых мощностей, третий вход, связанный с выходом задатчика уставок, четвертый вход, соединенный с входом блока корректирующих фильтров,, первьй выход фактических, уставок и втррой выход весовых коэффициентов, а выход блока корректирующих фильтров является выходом управляющего блока в целом, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности энергоснабжения путем увеличения , быстродействия и точности регулирования, в управляющий блок дополнительно включен блок формирования (Л .управляющих воздействий, который выС полнен из имитаторов узлов энергосистемы и имитаторов линий электро1передач, количество которых определяется количеством узлов и линий . электропередач энергосистемы,- каждый имитатор линии электропередач имеет два функциональных и два управляющих входа, а каждый имитатор узлаэнергосистемы имеет еще и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока формирования управляющих воздействий в целом, соединенный с входом блока корректирующих фильтров, первые управляющие входы всех имитаторов образуют в совокупности первый вход блока формирования управляющих воздействий, связанный с вторым выходом весовых коэффициентов блокэ расчета фактических уставок и весовых коэффициентов, вторые управляющие входы всех имитатог ров линий электропередачи образуют в

Предлагаемое устройство относится к электроэнергетике. Цель изобретения - повышение надежности энергоснабжения путём увеличения быстродействия и точности регулирования. На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство , на фиг.2 блок формирования управляющих воз- действий; на фиг. 3 и 4 - узлы, входяпще в состав блока формирования управляющих воздействийjCв частности, на фиг.З - имитатор узла энер госистемы, а на фиг.4 - имитатор лиНИИ электропередач), на фиг.5 - пример некоторой энергосистемы; на фиг.6 - электрическая цепь эквиваг лентная этой энергосистеме. Предлагаемое устройство (фиг.О . содержит соединенный с энергосистемой 1 блок 2 телеизмерений регулируемых параметров и блок 3 задатчиков уставок, С энергосистемой 1 каналом 4 управления мощностью регулирую щих объектов связан управляющий блок 5. Входы управляющего блока 5 присоединены к выходам блока 2 телеизмерений регулируемых параметров и блока 3 задатчиков уставок. Блок 2 телеизмерений состоит из отдельных датчиков 2-1-1; ,... регулируемых перетоков и 2-1-1J 2-2-2,... генерируемых мощностей. Блок 3 задатчиков уставок состоит из отдельных задатчиков 3-1-1; 3-1-2,.,. уставок по перетокам мощности и 3-2-1; 3-2-2,,.. уставок по генерируемым мощностям. Множество выходов датчиков 2-1-1; 2-1-2,,.. назовем первым выходом блока 2 телеизмерений, а множество выходов датчиков 2-2-1; 2-2-2,.., вторым выходом этого блока. Аналогично, множество выходов задатчиков 3-1-1, 3-1-2,,,,,3-2-1, 3-2-2,,.. назовем выходом блока 3 задатчиков уставок. Улравляииций блок 5 содержит блок 6 корректирующих фильтров 6-1,6-2,,.. блок 8 формирования управляющий воздействий и блок 7 расчета фактических уставок и весовых коэффициенTOB, у которого к трем первым входам присоединены выходы блока 2 телеизмерений и выход задатчика 3 уставок, а четвертый вход соединен с входом

блока 6 корректирующих фильтров., выход которого является выходом управля ощего блока в целом. У блока 8 формирования управляющих воздействий выход соединен с объедииенньми входами блока 6 корректирующих фильтров и блока 7 расчета фактических уставок и весовых коэффициентов, два первых входа подключены к выходам этого блока 7, третий вход соединён с первым выходом блока 2 телеизмерений. При этом блок формирования управляющих воздействий (фиг.2) выполнен из имитаторов узлов энергосистемы 9-1; 9-2,...,9-К,... и имитаторов линий электропередач 10-1; 10-2,, 10-4.., количество-которых определяется количеством узлов и линий электропередач энергосистемы. Каждый имитатор Ю линий электропередач имеет два функциональных и два управляющих входа, а каждый имитатор 9 узла энергосистемы имеет еще и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока 8 формирования управляющих воздействий в целом. Первые управляющие входы всех имитаторов образуют в совокупности первый вход этого блока, вторые управляю1цие входы /всех имитаторов 9 узлов энергосистемы - третий вход этого блока. Первые функциональные входы всех имитаторов 9 узлов энергосистемы объединены. Вторые, функциональные входы этих имитаторов 9 и первый и второй функциональные вход всех имитаторов 10 линий электропередач соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач .с имитируемыми узлами энергосистемы: каждая линияэлектропередач имитируется одним из имитаторов 10-1, а каждый узел энергосистемы имитируется одним из имитаторов 9-К. Каждый имитатор узла энергосистемы 9 (фиг.3) выполнен в ввде управляемого источника 11 тока, соединенного параллельно с последовательно соединенными усилителем 12 и управляемым резистором 13, включенным между двумя функциональными уходами имитатора. Управляю1цие входы управляемого резистора 13 и управляемого источника тока 1 1 являются соответственно первым и вторым управляющими входами имитатора 9 в целом, а выход усилителя 12 является управляющим выходом имитатора 9 в целом. Каждый имитатор 10

линии электропередач (фиг.4) выполнен в виде параллельно соединенных управляемого источника 14 тока и управляемого резистора 15, подключенных между двумя функциональньми входами 1й4Итатора, а управляющие входы управляемого резистора и управляемого источника тока являются соответственно первым и вторым управляющими входами имитатора в целом. Блок 7 расчета фактических уставок и весовых коэффициентов выполнен в полном соответствии с прототипом. Этот блок содержит две группы схем сравнения, входы которых являются входами блока расчета фактических уставок и весовых коэффициентов в целом. Кроме того, этот блок 7 содержит блоки регистров, выходы которых являются выходами блока 7 расчета фактических уставок и весовых коэффициентов в целом. Источники 11 и 14 тока, используемые в устройстве, вырабатывают ток постоянной величины, не зависящей от напря.жения на зажимах источника тока и определяемой сигналом на его управляв ющем входе. Прежде всего рассмотрим постановку задачи регулирования, решаемую предлагаемым устройством.

Задача регулирования частоты и перетоков активной мощности в энергосистеме имеет следующую математическую формулировку: минимизировать J при условиях

р .р . +5 ri- м

(О кТ I

(,,

(г) 3vtH;(P:rOS U-f f ib,v,, {.)

Рд; - измеренные перетоки мощгде

ности.

измеренная частота

управления, вырабатываемые устройством;

перетоки мощности, которые устанавливаются после отработки управлений; частота, которая устанавливается после отработки управления;

фактические уставки перетоков;

фактическая уставка частоты; - коэффициенты влияния; ,{,1 с весовые коэффициенты; / - статизм энергосистемы. В прототипе показано, что весовые коэффициенты ; / , Ь фактические уставки Р и i° определяются блоком 7 расчета фактических уставок и весовых коэффициентов в зависимост от предельных .значений перетоков (;. , Р;. ) и частоты а f),.a также от измеренных значений узловьпс мощностей и от их предельных значений (Р , Р,, , РГ,). Выполним некоторые преобразования уравнений (1) - (3). Сумма перетоков по линиям электропередач, сходящихся в данном узле равна узловой мощности, аким образо р 7: А . р. (4) 1-.Н it . . где/,; (0,1-1) в зависимости от наличия соединения К-го узла с f -и . линией электропередач и от направления перетока, принятого за положительное. По определению управления УК имеем Р Prj, + VK(5) Из (4) и (5) следует, что 6 V , .z./. (6) Заметим еще, что . (п Теперь рассмотрим частный случай указанной задачи, когда частота в процессе регулирования не должна изменяться Это требование, как прави- ло, предъявляется к регуляторам энер госистем. При этом из (2) и (3) следует, что (8) f,K:&J,l ( Уравнение (6) эквивалентное уравнению (1) для энергосистем,у которых коэффициенты влияния таковы, что уравнение (1) имеет единственное решение относительно переменных Уц , В частности, такому требованию удовлетворяют энергосистемы без кольцевых связей. Таким образом, задача регулирования перетоков мощности по линиям электропередач при постоянной частоте состоит в следующем: минимизировать 3 при условиях (8), (6) и (9). В этой задаче неизвестны Y|(; и Р.. а данными являются Р.. и Р , причем последние связаныуравнением (7). В предлагаемом устройстве указанная задача решается электрической цепью, являющейся моделью энергосистемы, и одновременно физической моделью этой задачи. П р и м.е р .Пусть энергосистема (фиг.5) состоит из узлов, в которых -находятся источники генерирующих мощностей Р , Р , PJ.I, Узлы соединены линиями электропередач с перетоками At РА л Очевидно, РгГРм;Рл2,РгГ-Р«-РАоРг,Р.2-Р«э 00} Рп Ргг Ргз-О в этой энергосистеме задача регулирования перетоков имеет вид: минимизировать Д при условиях; pr,v,p;,pL, ,pд-pд, , V,iV:j + V,-0 Рассмотрим теперь электрическую цепь (фиг,6), которая должна быть образована в блоке 8 формирования управляющих воздействий для данной энергосистемы. Б этой электрической цепи приняты следующие обозначения, РК - сопротивление резистора 13, входящего в состав имитатора 9-Kj сопротивление резистора 15, входящего в состав имитатора ток источника 11 тока, входящего в состав имитатора 9-К; ток источника 14 тока, входящего в Составимитатора 10; 1 ток, протекающий через резистор г ; IR ток, протекающий через резистор В, Применяемые источники 1Т и 14 тока в этой.цепи вырабатьшают ток постоянной величины, не зависящий от напряжения на зажимах источника 10-1 тока.

1г/1г, ,

1г, Гг2 1,,-Г

1

М 5 1|12 АЭ

Ir,,

О

Тепловые потери в элек цепи ,

QR,(iM-iM R2li«2-iu)4r,l,+ rjjfr,I%

Если, кроме того, токи тока выбраны так, что

1гИ1г2 1гз

О

(18)

следует.

то из что

1

.Г2+1Г5 Электрическая цепь, содержащая только сопротивления и источники то ка постоянной величины, удовлетворя ет принципу минимума тепловых потер т.е. токи в такой цепи распределяются так, что удовлетворяют первому закону Кирхгофа и минимизируют количества тепла, выделяемого в резисторах. . В соответствии с этим принципом величина Q в цепи, изображенной на рис.6, минимизируется. Таким образом, этой цепью решается следующая задача квадратичного программирования: минимизировать (18) при условиях (16) и (20), где известны .токи, I источников г, . Р г (20). тока, удовлетворяющие условию В результате решения этой задачи (т.е. по окончании переходного процесса) становятся известны токи 1 г Ч г «э .которые -Ь, . i могут быть измерены. Эта задача полностью эквивалентна сформулированной задаче регулирования для энергосистемы, изображенной на фиг.5. Таким образом, если токи источников 11 я 14 установить пропорционально мощностям Pj.|, Рд энергосистемы, то токи, протекающие через резисторы f оказьгоаются пропорциональными управлениям Vj. Рассмотрим теперь общий случай. Итак, рассматривается электрическая цепь, состоящая изисточников 11 и 14 тока и резисторов 13 и 15, входящих в состав блока 8 формирования управляющих воздействий. При этом задача минимизации тепловых потерь Q при условиях (21)-(24) полностью эквивалентна задаче минимизации показателя качества 1- регулирования перетоков в энергосистеме при условиях (7), (8), (6), (9). Устройство в целом функционирует следующим образом. Из блока 2 телеизмерений на управляющие входы источников 11 тока поступают величины Рр|( , устанавливая величину тока исГочников. Таким образом, токи источников 11 становятся равными величинам, 1., пропорциональным генерируемым мощностям Pj.. Из блока .7 расчета фактических уставок и весовых коэффициентов на управляющие входы источников 14 тока подаются величины Р. уставок перетоков. Таким образом, токи источников 14 становятся равными величинам I-f пропорционапьньм уставкам перетоков Р.. Кроме того, из блока 7 расчета фактических, уставок и весовых коэффициентов на управляющие входы резисторов 13 и 15 подаются величины весовых коэффициентов Нц и q соответственно. Таким образом, величины сопротивлений РК и Р,этих рез1ист6ров становятся пропорциональными коэффициентам h и q. . Как указывалось, по окончании переходного процесса в моделирующей цепи тока в резисторах 13 устанавливаются равными величинам 1, пропорцио нальным управлениям V ц . Эти токи протекают также через усилители 12

.9II

(с малым входным сопротивлением). Таким образом, сигналы на выходах усилителей 12 оказываются пропорциональными управлениям Уц . Эти сигналы подаются на входы блока корректирующих фильтров 6, Блок 6 выбирается известным в технике автоматического регулирования образом из соображений обеспечения необходимого качества динамического процесса регулирования (устойчивости, быстродействия, величины перерегулирования), й 7г7/г ffjf ff/ i / oSo-Af / / г/ РГ РГ . чо/( affa/ t/c oiS f/ fyaiSot

Сигналы с выхода блока 6, корректирующих фильтров поступают через 4 в энергосистему 1 для изменения мощности регулирующих объектов. 5 В результате этого меняются текущие значения регулируемых параметров энергосистемы. После следующего цикла измерения соответствующие телесигналы вновь подаются на входы источников 11 и 1-4 тока, в результате чего об1 азуется замкнутый контур системы регулирования. ж % Фи . 6j7O /ifO/y/ ff fT / y g Lf/A/TJ/yoS 4 , х- 1/лра - / Э / гОС /С/37 т muffetA/ /ffAt/f}

fi c/novf f/

0f/.S

AfL//rja/rj S/7

rrtoxoi

/.

t

9

Ki

Фиг. VHf/W

Фиё.б