Устройство автоматического регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме Советский патент 1988 года по МПК H02J3/06 

00 1C

чители тока, выполненные таким образом, что потребляют мощность тепловых потерь в своих резисторах только в том слз чае, когда значение тока, перетекающего через ограничитель в целом, выходит за определенные границы. В электрической цепи блока 7 токи распределяются таким образом, что минимизируется мощность тепловых ; потерь. При этом устанавливаются та- ; кие токи, которые пропорциональны активным мощностям, минимизирующим определенный показатель качества оптимального регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме. В целом в блоке 7 образуется электрическая цепь, являющаяся моделью энергосистемы и одновременно физической моделью задачи математического программирования, решаемой при автоматическом регулировании перетоков активной мощности в энергосистеме. 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения - повышение экономичности и надежности энергоснабжения. Основным в устройстве является блок 7 формирования управляющих воздействий, включающий в себя имитаторы 8 узлов энергосистемы и имитаторы 9 линии электропередачи. Имитаторы 8 и 9 соединены аналогично соединению имитируемых узлов и линий электропередач энергосистеьм. В состав всех имитаторов включены ограни

1

Изобретение относится к электротехнике

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности энергоснабжения путем уменьшения флуктуации-мощности.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство на фиг. 2 - блок формирования управляющих воздействий; на фиго 3 - имитатор узла энергосистемы- на фиг. 4 - имитатор линии электропередачJ на фиг. 5 - ограничитель тока.

Устройство (фиг. 1) содержит соединенный с энергосистемой 1 блок 2 телеизмерений регулируемых параметро и блок 3 задатчиков уставок. С энергосистемой 1 каналом 4 управления мощностью регулирующих объектов связан управляющий блок 5, Входы управ- ляющего блока 5 присоединена к выходам блока 2 телеизмерений регулируемых параметров и блока 3 задатчиков уставок.

.Блок 2 телеизмерений состоит из отдельньпс датчиков 2-1, 2-2,,,,. ге- нерируемых мощностей. Блок 3 задатчиков уставок состоит из отдельных задатчиков 3-1-1, 3-1-25„,„ уставок по перетокам мощности

Множество выходов датчиков 2-1 2-2,.,. является выходом блока 2 телеизмерений. Аналогично множество вькодов задатчиков 3-1-1, 3-1-2,.. и 3-2-1, 3-2-2,... является выходом блока 3 задатчиков уставок.

Управляющий блок 5 содержит блок 6 корректирующих фильтров 6-1, 6-2,... и блок 7 формирования управляющих воздействий, у которого к вхо

5

JO

5 0

5 0

,.

5

дам присоединены выход блока 2 телеизмерений и выход задатчика 3 уставок, а выход соединен с входом блока 6 корректирующ гх фильтров, выход которого является выходом управляющего блока в целом.

Блок 7 формирования управляющих воздействий (фиг. 2) содержит имитаторы 8-1, 8-2,..., S-k,.. узлов .энергосистемы,имитаторы 9-1, 9-25.., 9-i,, ,. о 5 . линий электропередачи, коли- чество которых определяется количеством узлом и линий электропередач энергосистемы, две группы управляе- : мых источников 10-1, 10-25,0,, lO-i,... и 11-1, 11-2,.,,, 11-i, тока, количество которых в каждой группе равно количеству имитаторов 9 линии электропередач, группу интеграторов 12-1, 12-2,,.,, 12-k,.,,, количество которых равно количеству имитаторов 8 узлов энергосистемы, и группу блоков 13-1J, 13-2j,.5 13-i,,.,, моделирования, количество которых равно количеству имитаторов 9 линии электропередач

Каждый имитатор 9 линий электропередач имеет два функциональных и два управляющих входа, а каждый имитатор В узла энергосистемы - два функциональных входа, три управляющих входа и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока 7 формирования управляющих воздействий в целом.

Первые управляющие входы всех имитаторов 8 узлов энергосистемы образуют в совокупности первый вход этого блока, связанный с выходом блока 2 телеизмерений, вторые управляющие

10

15

25

входы всех имитаторов 8 и 9 и третьи правляющие входы имитаторов 9 линий электропередач - второй вход этого блока, соединенный с выходом блока 3 задатчиков уставок. Первые функ- циональные входы всех имитаторов 8 злов энергосистемы объединены. Кажый имитатор 9-i линии электропереач соединен последовательно с управяемым источником 10-i тока первой группы так, что блоки 9-i и 10-i образуют i-ю последовательную цепочку. Эти цепочки и вторые функциональные входы всех имитаторов 8 узлов энергосистемы соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитиуемыми узлами энергосистемы каждая

иния электропередач имитируется

одной из 1-х цепочек, а каждый узел

энергосистемы имитируется одним из имитаторов 8-k.

Управляемые источники 11-i тока второй группы и интеграторы 12-k соеинены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы. Каждая пара управляеых источников 10-i и 11-i тока, в которой один из них принадлежит пер вой группе, второй - принадлежит второй группе, а оба соответствуют одной и той же имитируемой линии электропередач, подключена к одному из блоков 13-i моделирования так, 35 что его первьш двухпроводный вход включен параллельно с управляемым источником 10-i тока первой группы, второй двухпроводный вход с управяемым источником 11-i тока второй 40 группы, первый выход блока 13-i мо- делирования соединен с управляющим входом управляемого источника 10-i .тока первой группы, второй выход - с управляющим входом управляемого ис- 45 точника 11-i тока второй группы.

Каждый имитатор 8 узла энергосистемы (фиг, 3) содержит включенные последовательно между его функциональными входами ограничитель 14 то- 50 ка с двумя управляющими входами и управляемый источник 15 тока, параллельно которому включены последовательно соединенные усилитель 16 и резистор 17. Управляющие входы управ- 55 ляемого источника 15 токаи ограничители 14 тока являются соответственно первым, вторым и третьим управляющими входами имитатора 8 в целом, а выход

„ 30

10

15

25

а

п

35 4045

30

усилителя 16 является управляющим выходом имитатора 8 в целом.

Каждый имитатор 9 линии электропередач (фиг. 4) выполнен в виде включенного между его функциональными входами ограничителя тока с двумя. управляющими входами, которые являются соответственно первым и вторым управляющими входами имитатора 9 в целом.

Каждый ограничитель 9 и 14 тока (фиг. 5) содержит диоды 18 и 19, резисторы 20 и 21, управляемые источники 22 и 23 тока. Диоды 19 и 18 включены между функциональными, входами ограничителя тока последовательно и в противоположных направлениях. Параллельно диоду 18 включены резистор 20 и управляемый источник 22 тока, а параллельно диоду 19 - резистор 21 и управляемый источник 23 тока.

Рассмотрим постановку задачи регулирования, решаемой предлагаемым устройством. Обозначим UK - управления, РГ - измеренные узловые мощности, Р - узловые мощности, которые должны установиться после отработки управлений, ; - перетоки мощности, которые должны установиться после отработки управлений, Pj. rk наименьшее и наибольшее значенил узловых мощностей, задаваемые в блоке 3 задатчиков уставок, Рд, ,- Р) - то же, для перетоков мощностей, / ;- разность фаз напряжений на концах линий электропередач,- i/ - фазы узловых напряжений

-РЛ( , если ;,- Р. О, если ;, ;f. ,

)

7

ГР, . и Р:, 7 рц

Задача заключается в следующем: минимизировать I при условиях:

I Z: (q.QVdiOp-f-ZlCh.U -f

+ l,)

P, Prk+U ;

PfK 51 p,,P

1 1

H 1 (1

UK 0,

.

P. а,з1псГ. , n

c/ ,

(5) (6)

(7) (8) (9) (10) (11) (12)

, 0,

где a. - постоянный (при данных параметрах линии электропередачи и модулях напряжений на ее концах) коэффициент J f 0,1-1 в зависимости от соединения k-узла с i-й линией электропередач и от направления перетока, принятого з положительное,

§; d.,

к - k

- весовые коэффициенты.

Эта задача совпадает с задачей, решаемой в прототипе, за исключением вида показателя качества I, который в данном случае учитывает необходимость минимизации управляющих воздействий UK и минимизации отклонений Q:, D-j, Ьц, Мц контролируемых величи и Р от границ диапазонов

P

Л1

P

- ГК

p4 ,

л;

. P

ГК

(13) (14)

Последнее требование означает, что в задаче вычисляются такие значения Р. и Р 5 которые лежат внутри диапазонов (13) и (14)„ Если же таких значений не существует, то отыскиваются ближайщие к границам этих диапазонов. Таким образом, ука занная задача имеет решение при любых исходных данных , что повьппа ет надежность устройства по сравнению с прототипом.

Выражение (1) может быть заменено следуюпщм:

Q. Р д-,-Р -Q i ,

(15)

Qp О, Q . V, О, Q.Q . 0. (16)

Аналогично выражения (2) - заменяются на следующие:

gD. Pt, -P:--D ;

D; 0 , D J , 0, D,.D 0

т - P P T . k ГК 4k - к )

10

L V/ 0, L; , 0, 0 (20)

M, p K-p; ,-M;-,

(21)

15

0, M 0, МцМк 0. (22)

Таким образом, предлагаемое устройство решает задачу минимизации при

(5) - (12), (15) - (22)Л (23) где данными являются Р, РГК гх Р , РЛ,- и коэффициенты а,, q..

dj, h, 1

к к

m ,

. По аналогии с прототипом решение iзадачи минимизации I методом неопре- 25 деленных множителей Лагранжа сводится к решению системы уравнений и не- .равенств, отличающейся от системы (23) тем, что в ней выражение (5) заменяется следующими уравнениями: 30h

,D.-q,.Q.+ I (

fei

.) 0 i

Af-a & - cos c 0 .,

I 0,

(24) (25) (26)

где j , А; неопределенные множители Лагранжа.

Таким образом, задача регулироваия сводится к решению системы уравнений и неравенств

С(4) - (12), (15) - (22), (24) - (26)3.(27)

Рассмотрим уравнения

г

.с, 11 |,n,- (28)

50

|..,.

k 1

(29)

55

где g - постоянньш положительный коэффициент.

По аналогии с прототипом можно показать, что решение системы (27) совпадает с установившимся решением системы уравнений

1(4) - (12), (15) - (22) (24), (25) (28), (29)J.(30)

Устройство функционирует следующим образом.

Из блока 2 телеизмерений на управляющие входы источников 15 тока поступают величины Ррц, устанавливая величину тока этих источников

ITK b РГК ,(31)

где b - известньй коэффициент.

Аналогично из блока 3 задатчиков уставок на управляющие входы источников 22 и 23 тока, входящих в состав ограничителей 9 и 14 тока, поступают величины Рд, , РА ,

piр гк Увеличину тока этих источетственно

Р -(32)

- Ai ,«

р;,,

р

гк

Р

ГК

(33) (34) (35)

Рассмотрим работу ограничителя тока, обозначив через , йп Ig.j, I Q ., IDI соответственно т протекающие через ограничитель 9, зисторы 20 и 21, диоды 18 и 19 (пложительным будем считать направл от резистора 20 к резистору 21).

Очевидно, что

л I Rr;

т , -г . -г

л(

I

+ IDH- + IA

Dl -Oil -Ri -R2i

- I Rli + I Dl, Ai 7/ 0 0

0

/ 0

IRH I Di;-o iftii

(36)

I I

R1K - Dik rk + 1ТЭ1К

RIK

В IK

0

О

о

(37)

где I j - ток k-ro ограничителя 14 тока.

Сравнивая (15) - (18) с (32) - (36), замечаем эквивалентность этих соотношений при

А

b

Q - b I

D ,

Di

di

-b IR,,

b

b I H2

(38a)

Аналогично можно показать, что

J-VK L

b р;

b I

BIK 1

LK Ь IRIK м| - b IDIK;

к Rii (386)

Величины Р ГЦ удовлетворяют соотношению (9). Отсюда и из (31) следует, что

h

Hi

гк

О .

(39)

25k.i

Напряжения UK на интеграторах изменяются в зависимости от их токов

IHK 30 -Ц- G,I,,. (40)

У интегратора 12-1, соответствующего базовому узлу, коэффициент G 1 О и поэтому напряжение на нем и, О,(41)

35 Напряжение 1 на i-м источнике

10-i тока и напряжение И, на i-м источнике 11-i тока подаются на лходы i-ro блока моделирования, который дд вьфабатывает на своих выходах сигналы

Х; а ( sin iii , (42)

у J а-, licos и; . (43) Эти сигналы поступайт на управляю 45 щие входы источников I0-i и 11-i тока соответственно, устанавливая величину токов этих источников

1л; Ьх;

I,- by. ,

(44) (45)

соответственно.

В электрической цепи устройства токи и напряжения удовлетворяют следующей системе уравнений законов 5 Кирхгофа

Jl I,

-ЧК l

I. 1г. + I

rk ,

(46) (47)

2- Pui UK

К; 1;

(48) (49) (50)

1; - RjjlR,- ii IRII + +R,,I,-R,,I, )0,(51)

где 1ц - ток, протекающий через

k-й усилитель 16. Таким образом, при определенных

токах 1г,, i;., ij, i;., i ;,., и

фиксированных напряжениях U в электрической цепи устанавливают токи

1, IHX., IHK I VK 1л. Iftiis lR7(j iRfx I Rlk J Isii Icai IDIKS ID.I и напряжения ,ili, 1ц , удовлетворяющие системе уравнений

(36), (37), (39), (42) - (51)J.

(52)

В зависимости от значений токов IKK по (41) изменяются напряжения , что в соответствии с системой уравнений (52) приводит к изменению токов 1цк и т.д. Процесс продолжается до тех пор, пока токи I 4- О, При 1„к О переходньш процесс прекращается. В целом параметры устройства удовлетворяют системе уравнений

С(36), (37), (39) - (51)J. (53)

Системы уравнений (53) и (30) сов падают с точностью до обозначений. Поэтому, если положить, что

RH 2q./b -,

RI; 2di/b , RIK 21,/b Rjk 2тц/Ь Tk 2hx/b%

TO I i( b UK

Таким образом, при прекращении переходного процесса токи I усилителей 16 становятся пропорциональными искомым управляющим воздействиям U, т.е. сигналы на выходах, этих усилителей оказьгоаются пропорциональными управлениям U ц.. Эти сигналы подаются на входы блока 6 корректирующих фильтров. Блок 6 выбирается известным в технике автоматического регулирования образом из соображений обеспечения необходимого 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. Б результате этого меняются текущие значения регулируемых параметров

Q энергосистемы. После следующего цикла измерения соответствующие телесигналы вновь подаются на управляющие входы источников 15 тока, в результате чего образуется замкнутый

g контур системы регулирования.

Формула изобретения

Устройство автоматического регу2Q лирования перетоков активной мощности в энергосистеме, содержащее блок телеизмерения регулируемых параметров, состоящий из датчиков генерируемых мощностей, вход которого сое25 динен с энергосистемой, а выход объединяет выходы датчиков генерируемых мощностей, блок задатчиков уставок, выход которого объединяет выходы задатчиков уставок по перето2Q кам мощности и по генерируемым мощностям, и управляющий блок, связанный своим выходом через канал управления мощностью регулирующих объектов с энергосистемой, причем управляющий блок содержит блок формирования управляющих воздействий, выход которого соединен с входом блока корректирующих фильтров, выход которого является выходом управляющего блока в целом, блок формирования управляющих воздействий выполнен из имитаторов узлов энергосистемы, количество которых равно количеству узлов энер- госистемы имитаторов линий электропередач, количество которых равно количеству линий электропередач энергосистемы, первой и второй групп управляемых источников тока, количество которых в каждой группе равно количеству имитаторов линий электропере дач,, интеграторов, количество которых равно количеству имитаторов узлов энергосистемы, и блоков моделирования зависимости перетоков активной мощности по линии электропередач

55 от разности фаз узловых напряжений, количество которых равно количеству имитаторов линии электропередач, каждый имитатор линии электропередач

35

40

45

имеет два функциональных и два управляющих входа, а каждый имитатор узла энергосистемы имеет еще и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока формирования управляющих воздействий в целом, первые управляющие входы всех имитаторов узлов энергосистемы образуют в совокупности первый вход блока формирования управляющих воздействий, связанный с выходом блока телеизмерений, первые функциональные входы всех 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, последовательно с каждым имитатором линии электропередач включен один из управляемых источников тока первой группы, управляемые источники тока второй группы и интеграторы соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы, причем каждая пара управляемых источников тока, в которой один из них принадлежит первой группе, другой принадлежит второй группе, а обе соот- ветствуют одной и той же имитируемой линии электропередач, подключена к одному из упомянутых блоков моделирования так, что. первьш двухпррводный его вход включен параллельно с управляемым источником тока перв ой группы, второй двухпроводный его вход - с управляемым источником тока второй группы, первый его выход соединен с управляющим входом управляемого ис- |Точника тока первой группы, второй выход - с управляющим входом управляемого источника тока второй группы.

5

0

5

0

5

0

5

каждый имитатор узла энергосистемы содержит усилитель, резистор и управляемый источник тока, причем последний включен параллельно соединенным последовательно усилителю и резистору, а. его управляющий вход является входом имитатора узла энергосистемы, отличающееся тем, что, с целью повьщ:ення экономичности и надежности энергоснабжения, каждьй .имитатор линии электропередач вьшол- нен в виде включенного между его функциональными входами ограничителя тока с двумя управляющими входами, каждый имитатор узла энергосистемы дополнительно содержит ограничитель тока с двумя управляющими входами, причем этот ограничитель включен последовательно с управляемым источником Тока между функциональными входами этого имитатора, каждый ограничитель тока содержит два управляемых источника тока, управляющий вход каждого из которых является управляющим входом ограничителя тока, два диода и два резистора, причем диоды включены между функциональными входами ограничителя тока последовательно и в противоположных направлениях, параллельно каждому диоду включены один из резисторов и один из управляемых источников тока, при этом управляющие входы ограничителя тока во всех имитаторах образуют в совокупности второй управляющий вход блока формирования управляющих воздействий в целом, соединенный с выходом блока задатчиков уставок, причем управляющие входы ограничителей тока имитатора линий электропередач подключены к выходам задатчиков уставок по перетокам мощности, а управляющие входы ограничителей тока имитатора узла энергосистемы подключены к выходам задатчиков уставок по генерируемым мощностям.

fr-j Ii-nrj

l PT

/

i I

««мЩ. dcMHtei.

Г7

HiJ

//

Iji

- J I

.f

..