Устройство для автоматического регулирования частоты и перетоков мощности энергообъединения Советский патент 1987 года по МПК H02J3/06 

1 ,1302374

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к регулированию частоты и обменной мощности, и может использоваться в энергосистемах и энергообъединениях и является усовер- 5 шенствованием известного устройства по авт.св. № 1070641.

Цель изобретения - повышение эффективности автоматического управления путем увеличения скорости выра- ботки управляющих воздействий при выходе за допустимые пределы контролируемых перетоков мощности,

На фиг.1 приведена функциональная

вычитающих устройств присоединен блок 26 задания уставок, а на второй вход второго блока 13 умножителей включен выход третьего блока 27 регистров памяти. Выход тактового генератора 22 подключен также к счетчику 28 импульсов, выход которого подключен к пер25

вому входу элемента ИЛИ 29, выход элемента И 17 подключен к управляюще- tO му входу ключа 30, выход которого соединен с входом второго блока 31 регистров, выход которого подключен к управляемому входу второго ключа 32, управляющий вход которого соединен с

схема устройства; на фиг.2 - функцио- 5 выходом элемента РШИ 29. Кроме того, нальная схема блока задания управле- выход элемента И 17 подключен к уп- ния.равляющему входу блока 21 задания упУстройство содержит (фиг.1) блок 1 равления. Выход измерителя 4 управ- измерений, включающий -измерители 2 ляющего воздействия соединен со вто20 рым входом второго блока 23 сумматоров. Выходы измерителей 2 и 3 перетоков мощности и частоты соединены также с вторыми входами первого блока 10 сумматоров, третий вход которого соединён с выходом умножителя 7. Выход блока 21 задания управления соединен также с вторым входом блока 12 квадраторов и с управляемым входом третьего ключа 30. Выход первого сумвходу блока 6 определения коэффициен- 0 матора 14 подключен к управляемому тов статизма, который в свою очередь входу первого ключа 18, а выход первого блока 19 регистров - к второму входу первого блока 15 сравнения. На третий вход второго блока 24 сравне- . 35 ния 24 подключен выход первого блока 10 сумматоров. Кроме того, на вторые входы элементов ИЛИ 29 и 16 соответственно подключен выход третьего блока 33 сравнения, первый вход которо- блок 13 умножителей, первый сумматор 40 го подключен к измерителю 2 перето- 14, первый блок 15 сравнения, выход -ков мощности, а второй вход которого которого соединен с первым входом эле- подключен к выходу задатчика 25 пре- мента ИЛИ 16, выход которого подклю- делов, а на второй вход элемента И 17 чен к элементу И 17, выход которого подключен выход второго блока 24 срав- соединен с управляющим входом перво- 45 нения. Выход ключа 32 является выхо- го ключа 18, выход которого в свою дом устройства в целом. очередь подключен к входу первого бло- Блок 21 задания управления исполь- ка 19 регистров. На второй вход ум- зует методы случайного поиска экстре- ножителя 7 включены последовательно мума и содержит (фиг.2) последова- соединенные второй сумматор 20,блок 50 тельно соединенные пятый ключ 34,генератор 35 случайных чисел, четвертый ключ 36, третий блок 37 сумматоров и блок 38 ограничителей. Выход генератора 35 случайных чисел подперетоков .мощности, представляющие собой приемные полукомплекты устройств телемеханики, измерители 3 частоты, представляющие собой частотомер,измерители 4 мощности управляющего воздействия, представляющие собой приемные полукомплекты устройств телемеханики. Выход блока 1 соединен с блоком 5 выделения случайной составляющей, вьгход которого подключен к

соединен с входом умножителя 7. К выходу блока 5 выделения случайной составляющей также подключены.последовательно соединенные блок 8 определения коэффициентов влияния, первый блок 9 умножителей, первый блок 10 сумматоров, блок 11 вычитающих устройств, блок 12 квадраторов,второй ,

21 задания управления и тактовый .генератор 22. Выход блока 21 задания управления включен, кроме того, на второй вход первого блока 9 умножителей и на вход последовательно сое- 55 ключен к входу регистра 39 сдвига.

диненных второго блока 23 сумматоров и второго блока 24 сравнения,на второй вход которого подключен задатчик 25 пределов. На второй вход блока 11

вычитающих устройств присоединен блок 26 задания уставок, а на второй вход второго блока 13 умножителей включен выход третьего блока 27 регистров памяти. Выход тактового генератора 22 подключен также к счетчику 28 импульсов, выход которого подключен к первыход которого через шестой ключ 40 соединен с вторым входом третьего блока 37 сумматоров. Выход блока 38 ограничителей через седьмой ключ 41

313023744

подключен к входу четвертого блока 42лов и управляющих воздействий соотрегистров, который в свою очередьветственно;

соединен с третьим входим третьего f, - плановые значения для

блока 37 сумматоров. Управляющий входчастоты и перетоков мощности , блока 21 задания управления через пер- с

вый 43 и второй 44 инверторы соеди-k-й узел;

т - управляющее воздействие на

ней с управляющими входами пятого 34 и четвертого 36 ключей соответственно, а также непосредственно с управ10

ляющими входами шестого 40 и седьмого 41 ключей. Выходом блока 21 задания управления служит выход блока 38 ограничителей. Выход тактового генератора 22 подключен на вход пятого ключа 34, а управляющим входом всего 15 блока 21 задания управления в целом является выход элемента И 17.

Блок 24 сравнения содержит M+L+1 вычитающих устройств, такое же колиприращения управления в k-м узле;

fJ - i-й расчетный вариант частоты f;

- i-й расчетный вариант перетока Я)-, ,

М,, - i-й расчетный вариант генерируемой мощности k-ro узла;

- расчетный вариант приращения частоты f. ,

- i-й расчетный вариант

.i

чество пороговых блоков и элемент И. 20 приращения перетока Р ;

Блок 15 сравнения содержит одно L - число контролируемых перето- вычитающее устройство и один порого- ков,

М - число узлов, привлекаемых к регулированию. 25 Указанные параметры связаны извый блок.

Блок 33 сравнения содержит L вычитающих устройств, такое же количество пороговых блоков и элемент И-НЕ, где М - число узлов, привлекаемых к регулированию, L - число контролируемых перетоков.

Устройство позволяет получить оптимальные значения управляющих воздействий на регулирующие станции при соблюдении строгих ограничений на регулируемые режимные параметры и управляющие воздействия.

Предлагаемое устройство является также адаптивным вследствие того,что блоки определения коэффициентов ста- тизма 6 и коэффициентов влияния поз30

вестными зависимостями:

Р. . Р + л Р . ,

.)К,1 JK JK,1

f, f + f, ;

m

m + б,ш

K,l

35

&fi K,

ЫП

K,

up. .

JK , 1

E

,,

(1) (2) (3)

(4) (5)

Показатель качества регулирования

воляют устройству перестраиваться при 40 который необходимо минимизировать, изменении режима работы энергообъе- имеет вид динения. Эти коэффициенты оцениваются в темпе процесса регулирования. Приняты следующие обозначения:

Ij 15 (f - f. )2 +

Р.к4,к

f - значение частоты энергообъе- 45 динения,

Р- - переток мощности между 1-м

d К

И k-M узлами;

М - мощность генерации k-ro узла;

К - коэффициент крутизны стати- 50 требование минимизации отклонения ре- ческой частотной характеристики энер- гулируемых параметров (частоты и пе- гообъединения,

ретока) от плановых значений, а третий - требование минимизации скорости изменения генерирующих мощностей. 55 . Одновременно с минимизацией показателя качества (6) при регулировании должны выдерживаться ограничения вида

V.. - коэффициент влияния 1-го узла на пе15еток между j-м и k-м узлом;

P.P.JK

, М|, m - предельные значения частоты, перетоков активной мощности мощностей генерирующих узтоты и перетоков мощности ,

т - управляющее воздействие на

k-й узел;

тк i изменение приращения л-га - в k-M узле в i-M расчетном варианте;

приращения управления в k-м узле;

fJ - i-й расчетный вариант частоты f;

- i-й расчетный вариант перетока Я)-, ,

М,, - i-й расчетный вариант генерируемой мощности k-ro узла;

- расчетный вариант приращения частоты f. ,

- i-й расчетный вариант

.i

вестными зависимостями:

Р. . Р + л Р . ,

.)К,1 JK JK,1

f, f + f, ;

m

m + б,ш

K,l

5

&fi K,

ЫП

K,

up. .

JK , 1

E

,,

(1) (2) (3)

(4) (5)

Показатель качества регулирования.

орый необходимо минимизировать, ет вид

Ij 15 (f - f. )2 +

Р.к4,к

Р . ) +

JK,1

УК,;

(6)

где В, а. , - известные весовые

коэффициенты.- Первый и второй члены (6) отражают

требование минимизации отклонения ре- гулируемых параметров (частоты и пе-

ретока) от плановых значений, а третий - требование минимизации скорости изменения генерирующих мощностей. . Одновременно с минимизацией показателя качества (6) при регулировании должны выдерживаться ограничения вида

F i f j F

(7)

P P P

Ji JK.i JK

(8)

(9) (10)

где один штрих означает нижнее, а два штриха - верхнее предельное значение режимного параметра.

Кроме того, в процессе регулирования контролируется выполнение огра ничений вида

Р: р, р.

JK 1 JK

(11)

при невыполнении которого вследствие внешних возмущений прекращается мини мизация показателя качества (6) и ра бота устройства направляется на возможно более быстрое восстановление соотношений (7)-(10).

Метод регули рования заключается в следующем.

На данном шаге регулирования измеряются частота f и перетоки Pj после чего в зависимости от значений зтих параметров выбираются приращения управляющего воздействия йт|.Эти воздействия подаются на управляющие входы генерирующих узлов энергосистемы, в результате чего мощности управляющих воздействий т генерирующих узлов и регулируемые параметры f и р. изменяются и принимают значеJK, .

ВИЯ, определяемые по формулам () - (5). Эти значения и управляющие воздействия удовлетворяют ограничениям (7) - (10) и минимизируют показатель качества (6), что обеспечивается определенным выбором приращений управляющих воздействий дт. Однако одновременно с реализацией управляющих воздействий в некоторых узлах энергосистемы изменяется нагрузка, что приводит к отклонению величин f и р. от плановых значений, а в некоторых случаях и к нарушению условия (11). В связи с этим на следующем шаге регулирования вновь измеряется частота f и Pj перетоки мощности и т.д.

Метод выбора приращений управляющих воздействий при выполнении ограничения (11).

Строго эти величины могут быть найдены при решении задачи квадратично

3023746

. го программирования (1) - (10).Однако существующие методы решения этой задачи совершенно не удовлетворяют реальным требованиям по быстродейст5 ВИЮ регулирования. Поэтому устройством реализуется метод случайного поиска приращений, управляющее воздействие на каждом цикле управления определяется в зависимости от (i-l)-ro

0 расчетного управляющего воздействия по формуле

K,i

15

.i ,1-1 ,

(12)

где &га - случайное число, вырабатываемое датчиком случайных чисел.

20

причем лт

к,о

0.

Найденные таким образом величины &т корректируются затем в соответствии с огранччением (10) и используются для получения величин

JK,I

fj , M j , IB соответствии с

(1) - (6). После этого проверяется выполнение ограничений (7) - (9).Если они не выполняются, то формула (12) применяется повторно (с теми же значениями лт, , но с другими зна- чениями бт ). Если ограничения

к,1

выполняются, то производится сравнение Ij., и Ij . При 1 1. формула (12) применяется повторно. Если I - Ij, , то вычисляются управляющие

воздействия

m

, к,1 .i

0

5

0

5

где случайное число S; принимается равным предьщущему значению.

Процесс уточнения величин по формуле (12) продолжается до тех пор-, пока не исчерпается лимит времени, отведенного на рассчет управлякмцих воздействий.

Метод выбора -приращений управляющих воздействий при нарушении ограничения (11).

По формуле (12) определяется i-e рассчетное управляющее воздействие. Найденные величины лт„ .- корректиЛ(1

руются в Соответствии с ограничением (10) и используются при получении величин Pj, , f., М,- , I в соответствии с (1) - (6). После этого проверяется выполнение ограничений (7) - (9). Если они не выполняются, то формула (12) применяется повторно с другими значениями S . Если ограничения выполняются, рассчитанные управляющие воздействия выдаются на регулирующие станции, чем заканчивается данньш шаг регулирования.

Устройство функционирует следую- щим образом.

Значения всех ограничений хранятся в задатчике 25 пределов.

Величины плановых значений регулируемых параметров находятся в блоке 26 задания уставок, а весовые коэффициенты - в третьем блоке 27 регистров памяти.

В блоке 1 измерений осуществляется измерение регулируемых перетоков мощности (блок 2), частоты (блок 3), а также мощностей регулирующих станций (блок 4). В блоке 5 выделения сл чайноР составляющей от измеренных режимных параметров отделяется случай- ная (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 6 определения коэффициентов статизма и в блоке 8 оценки коэффициентов влияния для текущей оценки этих параметров энергосистем.

Тактовый генератор 22 через интервалы времени.ut осуществляет запуск блока 21 задания управления. В этом блоке на данном цикле управления формируется i-й возможный вариант приращения управляющего воздействия лт на каждую из М регулирующих станций (,...,M).

Во втором сумматоре 20 значения

лга..: суммируются для получения пол- 1 1

ного значения приращения управляющего воздействия по всему энергообъединению на i-й итерации, т.е. величины

Цлт

К,1

50

В умножителе 7 полученная величина И am „ ; умножается на значение

коэффициента крутизны статической частотной характеристики всего энергообъединения KC. Таким образом, определяется ожидаемое приращение af частоты, энергообъединения в соответст- 55 ВИИ с (4).

Значения лт,- поступают на второй вход первого блока 9 умножителей. На первый вход этого блока с выхода

O

5 0 5

j

0

5

0

5

блока 8 поступают оценки коэффициентов влияния V, л, неб. ланса 1-го узла

J К

на переток меяду i-м и k-м узлами. На выходе блока 9 формируются, таким образом, возможные отклонения всех рассматриваемых перетоков мощности при воздействии на них приращений управляющего воздействия &т . Для

f4, 1

получения всех возможных отклонений регулируемых перетоков мощности первый блок 9 умножителей содержит L M отдельных умножителей.Общее прираще- ние перетока активной мощности & ж между k-M и j-M узлом определяется на i-й итерации согласно выражению (5) в первом блоке 10 сумматоров. В этом же блоке полученные возможные приращения частоты и перетоков мощности суммируются с измеренными в блоке 1 измерений соответствующими значениями частоты и перетоков мощности. Таким образом, на выходе первого блока 10 сумматоров образуются ожидаемые в результате воздействия управления m .,;

I

значения регулируемых параметров энергосистемы в соответствии с (1) и (2).

В блоке 11 вычитающих устройств эти значения вычитаются из значений плановых уставок f и р. , которые посJ К

тупают из блока 26 задания уставок на второй вход блока 11. Полученные разности, а также значения приращений управляющего воздействия лm возводятся в квадрат в .блоке 12 квадраторов. Значения 4 m поступают на второй вход блока 12 с выхода блока 21 задания управления. Таким образом, на рыходе блока 12 формируются ожидаемые квадраты невязок регулируемых режимных параметров и приращений управляющих воздействий.

Значения ожидаемых квадратов невязок поступают на вход второго блока 13 умножителей, в котором взвешиваются в соответствии с задаваемыми в третьем блоке 27 регистров памяти значениями коэффициентов а. В, J1 .

Взвешенные квадраты невязок регулируемых параметров и управлений суммируются в первом сумматоре 14, на выходе которого формируется значение величины Ij , согласно (6).

В первом блоке 15 сравн ения величина I-, сравнивается со значением 1ц (k i), которое хранится в первом блоке 19 регистров памяти. В том случае, когда I, - 1, первый блок 15 сравнения выдает единичный сигнал на

первый вход первого элемента ИЛИ 16.На второй вход первого элемента 16 подключен выход третьего блока 33 сравнения, который проверяет выполнение ограничения (11) и, в случае выхода

измеренного значения хотя бы одного регулируемого перетока за предельные значения, формирует на выходе единичный сигнал. Выход первого элемента

ИЛИ 16 подключен к первому входу эле-10 ное приращение управляющего воздеймента И 17. На второй вход элемента И 17 поступает выходной сигнал второго блока 24 сравнения, в котором ожидаемые значения регулируемых параметствия, которое хранится во втором блоке 31 регистров,.поступает на регулирующие станции.

При невыполнении ограничения (11)

ВИЯ m

K,t

сравниваются с предельно доров и значение управляющего воддейст-15 на втором входе второго элемента ИЛИ

29, соединенного с выходом третьего блока 33 сравнения, присутствует единичный, сигнал, который формирует единичный сигнал на выходе второго элепустимыми значениями.

Значение управляющего воздействия

m

K,t

формируется на выходе второго

блока 23 сумматоров, а ожидаемые зна-20 мента ИЛИ 29, который, поступая на чения регулируемых параметров посту- управляющий вход ключа 32, обеспечи- пают на второй вход второго блока 24 вает его открытое состояние в течение всего времени невыполнения ограничения (11). Таким образом, в этом 25 случае как только блоком 21 задания управления будут сформированы приращения управляющих воздействий,обеспечивающие выполнение ограничений

сравнения с выхода первого блока 10 сумматоров.

Таким образом, на выходе элемен-, та И 17 формируется разрешающий сигнал для первого ключа 18 в двух случаях: при выполнении ограничения (11).

(7) - (10), на выходе элемента И 17 30 формируется единичный сигнал, открывающий третий ключ 30 и обеспечивающий поступление приращений управляющих воздействий через третий ключ 30, второй блок 31 регистров, второй ключ

для этого необходимо выполнение условия I; IK и выполнение ограничений (7) - (10) на рассчетные регулируемые параметры и рассчетные значения Управляющих воздействий, при невыполнении ограничения (1Ю для это(7) - (10), на выходе элемента И 17 30 формируется единичный сигнал, открывающий третий ключ 30 и обеспечивающий поступление приращений управляющих воздействий через третий ключ 30 второй блок 31 регистров, второй клю

го достаточно только выполнения огра-35 регулирующие станции, незави- ничений(7) - (10) на рассчетные регу- . симо от счетчика 28. лируемые параметры и рассчетные значения управляющих воздействий.Только в этих двух случаях ключ 18 открыва. Блок 21 задания управления работ ет следующим образом (фиг.З).

40 Сигнал от тактового генератора 2 поступает на вход пятого ключа 34, который через первый инвертор 43 уп равляется от элемента И 17. В том случае, когда очередная итерация уда ная, пятый ключ 34 закрыт, и генера тор 25 случайных чисел не запускает ся. При этом на (1+1)-й итерации ис пользуется множество случайных чисе Bl (1 1,...,М), которые записаны

ется и в блок.19 регистров записывается значение Ij .

Выходной сигнал элемента И 17 является также разрешающим для третьего ключа 30, на управляемый вход ко- торого с выхода блока 21 задания управления поступает значение возможного приращений управляющего воздействия U. т . Это значени.е приращения управляющего воздействия записывается во второй блок 31 регистров только в двух указанных выше случаях.

При выполнении ограничения (11)

подобным образом устройство работает 55 ключ 36 открыт и сигнал от тактового

и на (1+1)-й итерации данного цикла управления. Общее число итераций для нахождения оптимального управляющего воздействия в этом случае задается

генератора 22 поступает на вход генератора 35 случайных чисел, который в свою очередь формирует множество случайных чисел б1. Этот вектор че2374 -10

счетчиком 28 импульсов, который запускается от тактового генератора 22. После переполнения счетчик 28 выдает импульс, который поступает на первый вход второго элемента ИЛИ 29 и вызывает появление единичного сигнала на выходе элемента ИЛИ 29,который открывает второй ключ 32, поступая на его управляющий вход и оптимальствия, которое хранится во втором блоке 31 регистров,.поступает на регулирующие станции.

При невыполнении ограничения (11)

(7) - (10), на выходе элемента И 17 формируется единичный сигнал, открывающий третий ключ 30 и обеспечивающий поступление приращений управляющих воздействий через третий ключ 30, второй блок 31 регистров, второй ключ

регулирующие станции, незави- имо от счетчика 28.

. Блок 21 задания управления работает следующим образом (фиг.З).

регулирующие станции, незави- симо от счетчика 28.

Сигнал от тактового генератора 22 поступает на вход пятого ключа 34, который через первый инвертор 43 управляется от элемента И 17. В том случае, когда очередная итерация удачная, пятый ключ 34 закрыт, и генератор 25 случайных чисел не запускается. При этом на (1+1)-й итерации используется множество случайных чисел Bl (1 1,...,М), которые записаны

в регистре 39 сдвига. Шестой ключ 40 открыт и сигнал с выхода регистра 39 сдвига попадает на второй вход третьего блока 37 сумматоров. Если очередная итерация неудачная, четвертый

генератора 22 поступает на вход генератора 35 случайных чисел, который в свою очередь формирует множество случайных чисел б1. Этот вектор че1113

рез четвертый ключ 37 поступает на первый вход третьего блока 37 сумматоров, поскольку ключ 36 открыт выходным сиг налом элемента И 17, прошедшим через второй инвертор 4А.Слу- чайные числа записывак}тся также в регистр 39 сдвига, но посколько шестой ключ 40 закрыт, то они не проходят на второй вход третьего блока 37 сумматоров.

Выходной сигнал блока 38 ограничителей поступает на вход седьмого ключа 41 и записывается в четвертый блок 42 регистров при получении разрешающего сигнала от элемента И 17. Таким образом, на (1+1)-й итерации в третьем блоке 37 сумматоров имеем управляющее воздействие т„: +1.

r-t

Формула изобретения

Устройство для автоматического регулирования частоты и перетоков мощСоставитель К. Фотина Редактор Г. Волкова Техред Л.Олейник Корректор М. Пожо

Заказ 1220/53 Тираж 619 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

7412

ности энергообъединения гю авт.св. № 1070641, отличающееся тем, что, с. целью повышения эффективности автоматического управления путем увеличения скорости выработки управляющих воздействий при выходе за допустимтле пределы контролируемых перетоков мощности, в него введены третий блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу измерителей перетоков мощности блока измерения, второй вход которого подключен к выходу задатчика пределов, и два элемента ИЛИ, первый из которых первым входом включен в последой ательную цепь между выходом первого блока сравнения и элементом И, вторым входом - к выходу третьего блока сравнения,второй элемент ИЛИ первым входом включен в последовательную цепь между счетчиком импульсов и управляющим входом второго ключа, а вторым входом - к выходу третьего блока сравнения.

Изобретение относится к области электроэнергетики и является допол- нительным к изобретению по а.с. № 1070641 . Цель изобретения - повьппе- ние эффективности автоматического управления путем увеличения скорости выработки управляющих воздействий при выходе за допустимые пределы контролируемых перетоков мощности. Эта цель достигается введением в устройство блока 33 сравнения и двух логических элементов ИЛИ 16 и 29. При выходе перетока мощности за заданные пределы управляющие воздействия поступают на регулирующие станции независимо от счетчика 28. 2 ил. (Л оо о ю СлЭ 4 Фиг.1 14)