Устройство автоматического регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме Советский патент 1986 года по МПК H02J3/06 

раторов 18 по количеству имитаторов 9 узлов энергосистемь) и группа блоков 19 моделирования зависимости перетоков активной мощности по линии электропередач от разности узловых напряжений. Блок 7 форЮ1рования управляющих воздействий представляет собой электрическую цепь,, являющуюся моделью энергосистемы. Задача распределения активных мощностей в энергосистеме эквивалентна задаче распределения токовв этой цепи. 19 моделирования позволяют учитывать

зависимость перетока мощности от сдвига фаз между узловыми напряжениями. На основании информации о величинах узловых мощностей Р, уставок перетоков мощностей Р°, и массовых коэффициентах Q и Н, поступающих из блоков телеизмерений, и расчета фактических уставок и массовых коэффициентов блок 7 вырабатывает сигналы управления. Устройство обеспечивает высокую точность регулирования в энергосистемах любой конфигурации. 1 з.п.ф-лы, 7 шт.

Изобретение относится к электротехнике и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1164822. Цель изобретения - повышение точности регулирования путем уменьшения флуктуации мощности. Для достижения цели в блок 1 формирования управлякщих воздействий введены две группы управляемых источников 16 и 17 тока по количеству имитаторов 10 линии электропередачи,(группа интегО) 1Ч

Изобретение относится к гшектроэнергетике ;и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 1164822.

Цель изобретения - повышение точности регулирования путем уменьшения флуктуации мощности.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - блок формирования управляющих воздействий; на фиг. 3 имитатор узла энергосистемы на фиг. 4 - имитатор линии электропередач; на фиг, 5 - блок модедирования зависимости перетоков активной мощности по линии электропередач от разности фаз узловых напряжений; на фиг. 6 - энергосистема; на фиг. 7 электрическая цепь, эквивалентная этой энергосистеме. ,Устройство (фиг.1)содержит соединенный с энергосистемой 1 блок 2 телеизмерений регулируемьЕс параметров и блок 3 задатчиков уставок, С энергосистемой 1 каналом 4 управления мощностью регулирующих объектов связан управляющий блрк 5, Входы управляющего блока 5; присоединены к выходам блока 2 телеизмерений регулируе. мых параметров и блока 3 задатчиков уставок.

Блок 2 телеизмерений состоит из отдельных датчиков 2.1.1, 2.1.2 .,. регулируемых перетоков, 2.2.1, 2.2. 2 ... генерируемых мощностей. Блок 3 задатчиков уставок состоит из отдельных задатчиков 3.1.1, 3.1.2, ... уставок по перетокам мощности РЛ ,

т.д., 3.2.1, 3.2,2,..., уставок по Ренерируемым мощностям PV , PJI, и т.д.

Множество выходов датчиков 2.1.1,

блока 3 задатчиков уставок.

Управляющий блок 5 содержит блок 6

корректиругагщх фильтров 6.1, 6.2,..., блок 7 формироваки управляющих воздействий и блок 6 расчета фактических уставок и весовых коэффициентов, 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 управляющего блока в целом. У блока 7 формирования управляющих воздействий выход соединен с объединенными входами блока 6 корректирующих фильтров и блока 8 ра;счета фактических уставок

и весовых коэффициентов, два первых входа подключены к выходам э.того блока 8, а третий вход соединен с первым выходом блока 2 телеизмерений. Блок формирования управляющих воздействий (фиг. 2) выполнен из имитаторов узлов энергосистемы 9.1, 9.2, ..., 9.k, имитаторов линий электропередач 10.1, 10.2 10.i количество которых определяется коли чеством узлов и линий электропередач энергосистемы. Параллельно с управляемым источником 11 тока между двумя функциональными входами имитатора включены последовательно соединенные усилитель 12 и управляемый резистор 13, которые входят в состав каждого имитатора 9 узла энергосистемы (фиг. 3). Управляющие входы управляе мого резистора 13 и управляемого источника 11 тока являются соответственно первым и вторым управляющими входами имитатора 9 в целом, а выход усилителя 12 является управляющим выходом имитатора 9 в целом. Каждый имитатор линии электропере дачи 10 (фиг. 4) вьтолнен в виде параллельно соединенных управляемого источника 14 тока и управляемого резистора 15, подключенных между двумя функциональными входами имитатора, а управляющие входы управляемого резистора 15 и управляемого источника 14 тока являются соответственно первым и.вторымуправляющими входами имитатора в целом. В блок формирования управляющих воздействий (фиг. 2) входят две rpyn пы управляемых источников тока 16.1, 16.2, ..., 16.1, .... и 17.1, 17.2, ...., 17.1. ..., количество которых в каждой группе равно количе ству имитаторов 10 линии электропере дач, группа интеграторов 18.1, 18.2, ..., 18.k, ...., количество которых равно количеству имитаторов 9 узлов энергосистемы, и группа упомянутых блоков моделирования 19.1, 19.2,..., 19.1,..., количество которых равно количёству имитаторов 10 линии элект ропередач. Каждый имитатор 10 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 7 формирования управляющих воздействий в целом. Первые управляющие вхо ды всех имитаторов образуют в совокупности первый вход этого блока, вторые управляющие входы всех имитаторов 10 линий электропередач - второй вход этого блока, вторые управляющие входы всех имитаторов 9 узлов энергосистемы - третий вход этого блока. Первые функциональные входы всех имитаторов 9 узлов энергосистемы объединены. Каждый имитатор 10.1 линии электроперадач соединен последовательно с управляемым источником 16.1 тока первой группы так, что блоки 10.1 и 16.1 образуют 1-ю последовательную цепочку. Эти цепочки и вторые функциональные входы всех имитаторов 9 узлов энергосистемы соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми, узлами энергосистемы: каждая линия электропередач имитируется одной из 1-х цепочек, а каждый узел энергосйстемы имитируется одним из имитаторов 9.k. . Управляемые источники тока 17.1 второй группы интеграторы l8.k соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы. Каждая пара управляемых источников тока 16.1 и 17.1, в которой один из них принадлежит первой группе, второй - принадлежит второй группе, а оба соответствуют одной и той же имитируемой линии электропередач, подключена к одному из блоков 19.1 моделирования так, что первый двухпроводный вход преобразователя включен параллельно с управляемым источником 16.1 тока первой группы, второй двухпроводный вход - с управляемым источником 17.1 тока второй группы, первый выход блока 19.1 моделирования соединен с управляющим входом управляемого источника 16.1 тока первой группы, второй выход - с управлякщим входом управляемого источника тока 17.1 второй группы. Каждый блок моделирования зависиости перетоков активной мощности по ; инии электропередач от разности фаз зловых напряжений 19 (фиг. 5) содерит два усилителя 20 и 21, два умноителя 22 и 23, источник 24 постоянного напряжения, синусоидальный 25 косинусоидальный 26 преобразоватеи. Два входа первого 20-и второго 21 силителей являются соответственно ервым и вторым двухпроводными вхоами блока 19 в целом. Выход второго . силителя 21 подключен к входам синусоидального 25 и косинусоидально- го 26 преобразователей, выход каждого из которых подключен к первому входу соответственно первого 22 и второго 23 умножителей. К вторым входам этих умножителей 22 и 23 подключен источник 24 постоянного напряжения J а к третьем входу второго умножителя 23 присоединен выход первого усилителя 20. Вых:оди пер вого 22 и второго 23 умножителей являются соответственно первым и вт рым выходами блока 19 в целом. Блок 8 расчета содержит две груп пы схем сравнения, входы которых яв ляются входами блока расчета фактических уставок и весовых коэффициен тов в делом. Кроме TorOs этот блок содержит блоки регистров, вьпсоды ко торых являются выходами блока 8 рас чета фактических уставок и весовых коэффициентов в целом. Источники 11, 14, 16 и 17 тока, используемые в устройстве, вьфабаты вают ток постоянной величины, не за виЪящей от напряжения на зажимах ис точника тока и определяемой сигналом на его уцравляющем входе. В известном устройстве блок 7 фо мирования управляющих воздействий решает следующую задачу: минимизиро вать I при условиях (:-).у- (п РГК--РГК Р -.у л р . Чк Z- Р.к л( П-Ргк О. где Ч - управления; измеренные узловые мощности Р узловыемощности, которые должны установиться после отработки управлений; Р - измеренные перетоки мощ 1НОСТИ| Р - перетоки мощности, которые должны установиться после обработки, управлений; q,,h. - весовые коэффициенты, причем (0,1-1) в зависимости от соединения k-ro уз ла с i-й линией электропередач и от направления перетока, принятого за положительное. В указанной задаче неизвестны V, , а данными являются q., п, р . , Р , Р , причем последние связаны уравнением (5). После реализации управлений V в энергосистеме устанавливаются узловые мощности Р и перетоки мощности Р. м . Если за время отработки управлений не было возьгущений нагрузки, то fK г К где Р определяется по (2). При тех же условиях . А( 1 ЛИШЬ В ТОМ случае, если система уравнений (3) при имеет единственное решение. В частности, такому требованию удовлетворяют энергосистемы без кольцевых связей. В энергосистеме с кольцевыми связями может быть , хотя и , и Р удовлетворяют уравнению (3). Дпя таких энергосистем условия задачи (1)-(5)должны быть дополнены уравнением, определяющим Р через другие параметры энерго системы. Известно, например, что IZc.P где d - коэффициенты влияния. Однако эти коэффициенты не всегда можно определить. Поэтому в предлагаемом устройстве используется уравнение. .,(6) где б - разность фаз напряжений на концах линии электропередач;- постоянный (при данных параметра: : линии эле1 тропередач и модулях напряжения на ее концах) коэффициент. При этом .K (-) к ч где и . - коэффи1щенты, входящие ГК1..„ в формулу (3); Ч - фаза напряжения k-ro узла. Фазы напряжений измеряются относительно фазы напряжения некоторого базового угла. Поэтому можно считать, что Таким образом, для энергосистем произвольной конфигурации должна решаться следующая задача: минимиз ровать I при условиях (1-)-(8), гд , ; неизвестны У, являются q. данными P° P AY ГК Пример. Пусть энергосистем (фиг. 6) состоит из узлов, в котор находятся источники мощностей Р, , Р,- , Р,- . Узлы соединены линиями 42 ГЗ Р.. , Р электропередач с перетоками i, , Рд .. Напряжения в узлах имеют фазы vf , 4, , « . Уравнения (1)-(7) для этой энергосистемы принимают вид .()i::hKvi РГК +V, ,2,3; Р рА Р рА -р р -р -р . ГЭ М Ai 1 +V,+V3 0; РП +Рг1 +РГ 0; Р а. sin6. , ,2,3; ,-V ,(7 Уравнения (1)-(7) могут быть зап саны в матричной форме соответствен но в виде уравнений (9)-(15) Q, Н, А - диагональные матрицы с компонентами q, . h 4i к а - соответственно; Е - вектор-строка единиц Т - знак транспонирования вектора или матрицы; В - матрица коэффициентов р, . В частности, для нашего примера О Итак, для энергосистемы произвол ной конфигурации должна решаться сл дующая задача математического программирования: минимизировать I при условиях (8)-(15). Для решения этой ачи воспользуемся методом неопреенных множителей Лагранжа. При м задача сводится к решению слещей системы уравнений: (8), (10)) и о т 2Q(pA -Pj-Bi 2HV+h+ E 0; -A(i5AcosS) , - неопределенный множитель Лагранжа, соответствующий условию (12); HI - вектор неопределенных множителей Лагранжа, соответствующий условиям (10) и (11); и Д - векторы неопределенных множителей Лагранжа, соответствующие условиям (14) и (15) (знаком в (19) обозначается покомпонентное умножение векторов б и COS&) . Уравнения (10) и (11) могут быть единены в одно: Р,+ . Уравнения (17) и Уравнения (17) и (18) также могут (18) находим ь объединены. Из Но В , так как в каждой строке рицы В содержится равно по одной и -1. Следовательно, , Объединяя последнее уравнение 17), получаем: 2Q(). (22) Таким образом, задача минимизации ри условиях (8)-(15) эквивалентна ению системы уравнений (8), (12), (14), (15), (19)-(22) осительно неизвестных P,V,Pj,5, ,Л . Известными здесь являются матрицы Н, В, Аи векторы р, Р., причем ледний удовлетворяет условию (13). В частности, для нашего примера внения (19)-(22) приобретают вид -а S,+ А,0; -азёзС088з+А,,0;. А-А 0; Aj-A3 0;J Pr,+V,P +5S ; р,,,з-1Рл ; РГЗ+УЗ -Р -РД ; 2q,(P )+2h,V,-2h,,0; 2q (Р, -P,V+2h,V, -2h,V3+S,0; (22a) 2q(P -P,%)+2h,,u Таким образом, для этого примера система уравнений (23) приобретает вид уравнений (8),, (4а), (6а), (7а) (19а)-(22а). Рассмотрим систему уравнений, отличакнцуюся от (23) тем, что уравнение (20) заменено следующими двумя уравнениями; ,(24) ,- 5t -qoi где q - постоянный коэффициент. Итак рассматривается система урав (8), (12), (14), (15), (19), (.21), (22), (24),(25)J.(26) Очевидно, d4/dt 0 приоС 0. В этой точке процесс изменения Ч прекращае ся и решения систем (23) и (26) сов падают . Таким образом, установившееся ре шение системы уравнений (26) являет ся решением системы уравнений (23). В предлагаемом устройстве систем уравнений (26) решается электрической цепью, являющейся моделью энерг системы и, одновременно, физической моделью этой задачи. Рассмотрим электрическую цепь (фиг. 7), которая должна быть образована в блоке 7 формирования управ ляющих воздействий имитаторами 9 и 10 и управляемыми источниками 16 тока первой группы для энергосистем изображенной на фиг, 6, В этой элек рической цепи приняты следующие обо значения : г - сопротивление резистора 13, входящего в состав имитатора 9.k; R. - сопротивление резистора 15, входящего в состав имитатора 10.1; I - ток источника 11 тока, входящего в состав имитатора 9.k; I - ток источника 14 тока, входящего в состав имитатора 1 О , i ; I|.j. ток, протекаювщй через резистор г ; - ток, протекакщий через резистор R- , - ток источника 16,1 тока, входящего в первую группу, е- - напряжение источника 16,1 тока, входящего в первую , группу (положительное направление тока и напряжения этого источника указано на фиг, 7 стрелкой для тока 1д) и знаками + и - для напряжения ei) . По первому закону Кирхгофа находим:, Г1 -лг Л1 1п 1г5-1л2-1л. ir irs- iri+in-irj+iri o; (30) . .-И«|.(31) сли кроме того, токи источников 11 тока выбраны так, что If, .(32) то из (30) и (32) следует, что , второму закону Кирхгофа находим:$1м--1м)+,1, -г,1,+е,0;| 2 IA,I;.),II е,0; (34) з(,) -Ь1з Рассмотрим еще электрическую цепь (фиг, 7), которая должна быть образована в блоке 7 формирования управляющих воздействий управляемыми источниками 17 тока второй группы и интеграторами 18 для энергосистемы, изображенной на фиг, 6, В этой электрической цепи приняты следующие обозначения: I - ток источника 17 тока, входящего во вторую группу; 1( ток интегратора 18; U - напряжение интегратора 18, Очевидно, 1и,1Л12; iH2:b-ii; (35) Обозначим через л. напряжения на источниках 17 тока (на фиг, 7 знаками + и - отмечены положительные направления этих напряжений, а стрелкой - положительное направление токов I- этшс ибточников). Очевидно &,, ; 36) Интеграторы l8-k устройства функционируют в соответствии с формулой dU - -GT dt -ик где G - постоянный коэффициент. Блок 19 моделирования функционирует следующим образом. Межд двумя входами первого 20 и второго 21 усилителей включаются внешние источники напряжения е и & соответственно. Усилители 20 и 21 передают эти напряжения на свои 11 выходы. Выход второгоусилителя 21 подключен к входам синусоидального и косинусоидального 26 преобразователей, которые преобразуют входное напряжение Д и выходные напряжения sin д и cos л соответственно. Источник 24 напряжения вьфабатывает постоянное напряжение fl .. Первый умножитель 22 перемножает напряжения sin д(на первом входе),р (на втором входе) и вырабатывает на своем выходе их произведение. Таким образом, на первом выходе преобразо вателя 19.1 возникает напряжение х.а. sinu..(38) Второй умножитель 23 перемножает напряжения cos д(на первом входе), (на втором входе), е (на третьем входе) и вырабатывает на своем выхо де их .произведение. Таким образом, на втором выходе преобразователя 19ii возникает напряжениеУ; а. е. созЛ-.(39) 1 1 )1 Рассмотрим пример реализации фун циональных преобразователей - синусного 25 и косинусного 26. Известно, что для энергетических расчетов мож но принять з1пД рГ855-0,094дз .. Отсюда следует, что 1-0,36бД2 . Эти. формулы содержат операции вы читания и умножения и поэтому соответствуюцие функциональные преобраз ватели могут быть реализованы на бл ках вычитания и умножения. Таким образом, электрическая схе ма (фиг. 7) функционирует в соответ ствии с формулами (29)-(39). В установившемся режиме . т.е. и, как следует из Таким образом, электрическая схема (фиг, 7) реализует в установившемся режиме формулы (29), (33), (34), (36), (38), (42). Если в этих формулах переобозначить величины 1 гк / ij V и, соответственно на 9 6. , h.,, q. , Р , р;, , v; Л1 л , .«.Si .. ,8; ТО пере численные формулы превратятся соответственно в формулы (21а), (4а), (22а), (7а), (6а), (19а), (20а). Следовательно, задача, решаемая электрическими схемами (фиг.7), эквивалентна задаче, которую необходимо решить для регулирования перетоков в энергосистеме, изображенной на фиг. 6. В общем случае, электрическая схема, образуемая в блоке 7 формирования управляющих воздействий, описывается следующей системой уравнений: Как будет показано, токи 1 устанавливаются таким образом, что EI,.(51) При этом из (44) и (51) следует, то EI 0. Кроме того, будет показано, что и,,0.(53) усть d - постоянный коэффициейт и р.1 ; (65) ./d;(66) .(67) При этом уравнения (8), (13),(12) 14), (15), (19), (21), (22),(24), 25) полностью эквивалентны соответтвенно уравнениям (53), (51), (52), 49), (47), (50), (43), (45), (46), 48), т.е. в электрической цепи устойства Решается задача (26), решение которой в установившемся ретшме совпадает с решением задачи (23), т.е. с решением задачи минимизации 1 при условиях (8)-(15). Устройство в целом функц юнирует следующим образом. Из блока 2 телеизмерений на управ ляющие входы источников 11 тока поступают величины Р|. , устанавливая величину тока 1гк этих источников в соответствии с (54) . Величины Р удовлетворяют соотношению (13) и, следовательно, выполняется условие (51). Из блока 8 расчета фактически уставок и весовых коэффициентов на управляющие входы источников 14 ток подаются величины Р° , устанавливая величину тока 1. этих источников в соответствии с (56). Кроме того, из блока 8 расчета фактических уставок и весовых коэфф циентов на управляющие входы резисторов 13 и 15 подаются величины вес вых коэффициентов h и q. соответст венно, устанавливая величины сопротивлений г и R: этих резисторов в соответствии с (58) и (59). У интегратора 18-1, соответствую щего базовому узлу, коэффициент Поэтому и напряжение на интеграторе 18.1 не изменяется, т.е выполняется соотношение (53). Напря жения на других интеграторах 18-k изменяются в соответствии с (3). ; Процесс этого изменения проследим, начиная с того момента t, когда и U(t), (t,). В зависимости от U устанавливают ся Л(47). Напряжения д и е поступают на входы блоков 19.1, которые на своих выходах вьфабатывают напря жения X и Y (49) и (50). Эти напряжения поступают на управляющие входы управляемых источников тока 16. и 17.1, устанавливая величины токов этих источников IM dx.; I,d,.. Таким образом, удовлетворяются соотношения (57), (65)-(67). При образованных таким образом токах (., 1, 1° , I в электрической цепи устройства решаются уравнения. (43)-(46) и устанавливаются токи Ij, Ij, а также новые значения напряжений е. Напряжения U такж изменяют свое значение по (48). По новым значениям U и е вновь устанав иваются Л , X, Y и т.д. Процесс проолжается до тех пор, пока токи . При переходный процесс прекращается. При этом на интегратор pax 18 устанавливаются напряжения U, численно равные фазам реальных узловых напряжений (63). Напряжения на источниках 17 тока оказываются численно равными сдвигам фаз о соседних узлов (62). В резисторах 13 устанавливаются токи I . Эти токи протекают также через усилители 12 (с малым входным сопротивлением). Таким образом, сигналы на выходах усилителей 12 оказываются пропорциональными управлениям V к. (55). Эти сигналы подаются на входы блока 6 корректирующих фильтров. Заметим, что блок 6 выбирается известным в технике автоматического регулирования образом из сообралсений обеспечения необходи,мого качества динамического процесса регулирования (устойчивости, быстродействия, величины перерегулирования). Сигналы с выхода блока 6 корректирующих фильтров поступают через канал 4 в энергосистему 1 для изменения мощности регулирующих объектов. В результате этого меняются текущие значения регулируемых параметров энергосистемы. После следующего цикла измерения соответствующие телесигналы вновь подаются на управляющие входы источников 11 и 14 тока, в результате чего образуется замкнутый контур системы регулирования. Формула изобретения 1. Устройство автоматического регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме по авт. св. № 1164822, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования путем уменьшения флуктуации мощности, в блок формирования управляющих воздействий дополнительно введены две группы управляемых источников тока, число которых в каждой группе равно числу имитаторов линии электропередач, группа интегра- торов, числ1Э которых равно числу имитаторов узлов энергосистемы, и группа блоков моделирования зависимости перетоков активной мощности по линии электропередач от разности фаз узловых напряжений, число которых равно числу имитаторов линии электропередач, при этом последовательно с кажДым имитатором линии электропередач включен один из управляемых источников тока первой группы, управляемые источники тока второй группы и интеграторы соединены меж,цу собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемь, причем каждая пара управляемых источников тока, в которой один из них принадлежит первой группе, другой - второй группе, а оба соответствуют одной и той же имитируемой линии электропередач, подключена к одному из указанных блоков моделирования так, что первьш двухпроводный его вход включен параллельно управляемому источнику тока первой группы, второй двухпроводный вход - управляемому источнику тока второй группы, первыйего выход соединен с управляющим входом управляемого источника тока первой группы, второй выход - с управляющим входом управляемого источника тока второй груп пы.

2. Устройство по По 1, отличающееся тем, что каждый блок моделирования зависимости перетоков активной мощности по линии электропередач от разности фаз узловых напряжений содержит два усилителя, два умножителя, источник постоянного напряжения, синусоидальный и косинусоидальный преобразователи, причем два входа первого и второго усилителей являются соответственно первым и вторым двухпроводны-ш входами блока в целом,выходвторого усилителя подключен к входам синусог идального и косинусоидального преобразователей, выход каждого из которых подключен к первому входу соответственно первого и второго умножителей,. к вторым входам этих умножителей подключен источник постоянного напряжения, а к третьему входу второго умножителя присоединен выход первого усилителя, при этом выходы первого и второго умножителей являются соответ ственно первым и вторым выходами блока в целом.