Устройство для распределения активной мощности в энергосистеме Советский патент 1989 года по МПК H02J3/06 

чиков прогнозируемых значений нагрузок, подключенные к блоку 6 формирования управляющих воздействий. Имитаторы 8,-8 узлов энергосисте и имитаторы 9,-9f линий электропередачи входят в состав блока 6 формирования у1травляющих воздействий. Имитаторы 8 - 8„, 9 содержат источники тока, управляемые напряжением, резисторы, сумматоры, интеграторы, источники напряжения. В электрической цепи, составленной из перечисленных элементов, минимизируется мощность тепловых потерь,, что эквивалентно задаче квадратичного программирования, решаемого при коррекции распределения активных мощностей в энергосистемах, в том числе и с кольцевыми связями, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - расширение области использования путем распространения на энергосистемы с кольцевыми связями. Устройство содержит блок телеизмерений регулируемых параметров, блок задатчиков прогнозируемых значений нагрузок, блок задатчиков уставок, блок зацат

1

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для оперативной коррекции распределения генерируемой активной мощности.

Целью изобретения является расширение области использования, в частности в энергосистемах с кольцевыми связями.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - блок формирования управляющих воздействий на фиг. 3 и 4 - имитаторы узла энергосистемы и линии электропередач соответственно.

Устройство содержит соединенньй с энергосистемой 1 блок 2 телеизмерений регулируемых параметров, блок 3 задатчиков уставок, блок 4 задатчи ков плановых значений генерируемых мощностей, блок 5 задатчиков прогнозируемых значений нагрузок и блок 6 формирования управляющих воздействий, выход которого через канал 7 управления мощностью регулирующих объектов связан с энергосистемой 1. Шесть входов блока .6 соединены с

выходами блоков 2-5. I

Блок 2 телеизмерений состоит из

отдельных датчиков 2 , 2, ,,.,

генерируемых мощностей, датчиков 2, , мощностей нагрузок датчиков 2,, 2, , ... мощностей перетоков. Блок 5 задатчиков уставок состоит из отдельйых задатчиков , , 3,2 J уставок по перетокам мощности, задатчиков 3.2л 3 уставок по генерируемым мощностям. Блок 4 задатчиков плановых значений генерируемых мощностей состоит из отдельных задатчиков 4;,, 4, ...

5

0

5

0

плановых значений генерируемьк мощностей. Блок 5 задатчиков прогнозируемых значений нагрузок состоит из отдельных задатчиков 5, 5,... прогнозируемых значений нагрузок.

Блок 6 формирования управляющих воздействий (фиг. 2) выполнен из имитаторов 8;,, 8, ... 8|(, ... узла энергосистемы и имитаторов 9, 9, ..., 9 , ... линий электропередач, количество которых определяется количеством узлов и линий электропередач энергосистемы.

Первые функциональные входы всех имитаторов 8 узлов энергосистемы объединены. Вторые функциональные входы этих имитаторов 8 присоединены к общей шине.

Управляющие выходы имитаторов 8 узла энергосистемы образуют в совокупности выход блока 6.

Первые и вторые управляющие входы Bcek имитаторов 8 и 9,- образуют в совокупности первьй вход блока 6, Связанный с выходом блока 3, причем первые и вторые управляющие входы имитаторов 9 линий электропередач подключены к выходам задатчиков

5

0

1 ,

уставок по перетокам

мощности, а первые и вторые управляющие входы имитаторов узла 8ц энергосистемы подключены к выходам задатчиков 3, , i ... УСтавок по генерируемьпу мощностям.

Третьи и четвертые, пятые и- шестые управляющие входы всех имитаторов 8 к узла энергосистемы обра- . зуют в совокупности соответственно второй, третий, четвертьй и шестой входы блока 6 в целом. Третьи управляющие входы всех имитаторов 9; линии электропередач образуют в совокупности четвертьй вход блока 6 в целом. При этом второй, третий и четвертый его входы связаны соответственно с первым, вторым и третьи выходами блока 2, пятьш его вход связан с выходом блока 4, шестой его вход связан с выходом блока 5.

Выходы всех имитаторов 8ц узла присоединены к групповому входу каждго имитатора 9; линии электропереда Выходы всех имитаторов 9; линии электропередач присоединены к групповому входу каждого имитатора 8 узла.

Каждый имитатор 8 узла энергосистемы (фиг. 3) содержит первый 10, второй 11 и третий 12 управляемые источники тока с управляющими входами, ограничитель 13 тока с двумя управляющими входами, первый усилитель 14 первый 15 и второй 16 резисторы, четвертый 17 и пятый 18 управляемые источники тока, сумматор 19, управляемый источник 20 напряжения и второй усилитель 21.

Каждьй имитатор 9- линии электропередач (фиг. 4) содержит сумматор 22, интегратор 23, резистор 24, уп- равляемьй источник 25 тока, ограничитель 26 тока.

Вначале рассмотрим математическую постановку задачи оперативной коррекции, решаемой предлагаемым устройством-. Она состоит в следующем. Нерб- ходимо найти генерируемые мощности Руц k-x узлов в определенный момент

k-x узлов

времени t , для которого известны

.

нк

в Этих

прогнозируемые нагрузки Р же узлах и плановые значения генерируемых мощностей Р этих же узлов Генерируемые мощности должны быть выбраны таким образом, чтобы минимизировать показатель качества I при условиях

1457061

где Ьц, g кР

ГЦ

гк

нк

известные коэффициенты; генерируемая мощность k-ro узла в текущий мо. мент времени t; генерируемая мощность k-ro узла в.расчетньй момент времени;, нагрузка k-ro узла в те ку1щий момент времени t

-.

нк

15

Р чк

««

20

25

л

Л(

гк

30

РГК

р;к

35

РЛ;

р;,

-прогнозируемое значение мощности нагрузки k-ro узла в расчетный момент времени

-узловые (суммарные) мощности k-ro узла в моменты времени t и t соответственно;

-переток мощности по i-й линии электропередач в текущий момент времени t;

-переток мощности по i-й линии электропередач в расчетный.момент времени

-плановое значение генерируемой мощности k-ro узла в расчетньм момент времени

-предельные значения (наименьшее и наибольшее соответственно) генерируемых мощностей Рр| ;

-ki

0

5

-то же, для Рд ;

-коэффициент влияния k-й узловой мощности на i-й переток.

В этой задаче показатель качества отражает требования по ми.нимизации изменения генерируемых мощностей (формула (1), первый член) и по минимизации отклонения от планового режима (формула (1), второй член). При этом, выбирая определенным образом коэффициенты h и g, можно для не-, которых (маневренных) электростанций снять последнее требование, а для других (базовых) электростанций сделать это требование превалирующим над первым.

Благодаря возможности реализации 5 уравнения (5) предлагаемое устройство, в отличие от известного, применимо для энергосистем с кольцевыми связями. Условие (4) отражает требование по стабилизации частоты.

0

51457061

Итак, предлагаемое устройство ре- Токи ограничителей 13 и 26, как шает задачу минимизации показателя показано в вьфажении для известного качества I при условиях (1) - (7), устройства, удовлетворяют соотноше- где неизвестные Р , Р. , ук уи с ниям а данными являются Р РНК PnJ ., .т т : т ПЛУ

РИК . Ь-;, . Pi , Р ; , Р;., . и КОЭффИЦИ--.

. енты h, 8к 3 задача решает- -л;- л) л -

ся электрической цепью, являющейся д источника 20« напряжения

моделью энергосистемы и, рдновремен- Ю„ усилителя 21 имеют место соотно. физической моделью задачи. Этаношения

электрическая цепь образуется в блоке 6 формирования управляющих воз-Е|4 (16) действий и имеет следующие компоненты W Ы (17) и параметры: 15

г, RH, Р - сопротивления резисто- а, b - константы.

ров 15ц , 16ц , 24,- со- Сумматор 19ц совместно с источответственно;ником 20ц напряжения реализует соот fK RK ношение

1„. - токи, протекающие через 20 i . е

. резисторы 15.ц , 16к , 21 Гк.(18)

24 соответственно;i«t

1д - ток управляемого источ- Сумматор 22 реализует соотноника 20ц напряжения; шение

гк. 1пк 25„

IHK VrK. ,(19)

I. , 1 л токи управляемых источ-ке

НИКОВ тока 10, 11, 12, в формулах (18) и (19) коэффициен17, 18 и 25 соответст-ты |С ; перед слагаемыми принимаются венно; 30 равными коэффициентам в соотношении

ь; токи, протекающие через(5).

ограничители 13 к и , Напряжение Cf; на выходе интег26 тока соответст-ратора 23; удовлетворяет соотношевенно;нию

V V 35 - -Л; + р1„; . (20)

I l , - предельные значения то- dt i

ков 1 и Ii,; ;Совмещая (16) - (29) находим при

V, W ц - напряжения на выходах

усилителей 14 и р ( 21 K.-IU, 1)); (21)

соответственно; dt I ТГ .

Е,( - напряжение управляемого Е Т )г .1 .(22)

источника напряжения

Х Уравнения (21) и (22) можно заме1; - напряжение на выходе ий- системой уравнения вида

тегратора 23, ; 45

{,,Л; - напряжение на выходе Eiii - - п ( t i 4. т Г9Т|

сумматоров 19, и 22,dt Р i АК к,. (23)

соответственно.Е Г 1 (24)

В этой цепи соблюдается, соответ-

ственно, первый закон Кирггофа, т.е. т - V w ./ т;л

.J

1ц 1„к- IHK; 8) |1 .

1к 1гк-1рк-1дк1(

IC,K 1пк- 1«к; (10) 1; .к,-; (27)

.

1„, 1,,.1.,;(11) , (28)

1ь; 1гк-In,-;(12)

„уравнения вида (23) и (24) относи22 I 0.. (13)тельно напряжений , 1 и токов

.

.

ЛК

описывают некоторые элем

----- J- --.---tf

ты, имеющие физическую интерпретац в виде электромашинных преобразователей (ЭМП). Таким образом, можно полагать, что электрическая цепь устройства состоит из источника тока, резисторов, диодов и ЭМП. В такой электрической цепи всегда достигается установившийся режим, при котором ,,

а1к; ,,

аГ (29

а система дифференциальных уравне- ний, описывающих данную электрическую цепь, имеет решение, которое является единственным, устойчивым и не зависит от начальньк условий. В установившемся режиме функции ЭПМ совпадают с функциями трансформатора постоянного тока. Относительно электрических цепей с трансформаторами постоянного тока известно, что в них минимизируется мощность тепловых потерь при ограничениях, ко торыми являются уравнения первого закона Кирхгофа, неотрицательность токов, протекающих через диоды, и связь между токами первичных и вторичных обмоток трансформаторов постоянного тока. В случае ЭПМ эта связь следует из уравнений (23) и (29), откуда получаем

K;IUK + IK; ОИз (30) и (26) следует

(30)

h;

к«

&1

(31)

Итак, в рассматриваемой электрической цепи минимизируются тепловые потери

(P,, R, -Р г,) l-;p(32)

при ограничениях (8)-(15) и О). При p«Rk ир«г последним членом в (32) можно пренебречь.

Q i:( 1,,г,) (33)

Задача минимизации Q при условиях (8) - (15), (31.) и (33) совпадают с задачей минимизации I при условиях (1) и (7), если положить, что

Р - л/ т

гк

нк

uLI

РХ

(34)

10

15

5

25

20

25

0

Итак, задача минимизации тепловых потерь в электрической цепи устройства полностью эквивалентна задаче минимизации показателя качества I при оперативной коррекции распределения перетоков активной мощ- ности в энергосистеме при условиях (1) - (7).

Устройство функционирует следую- 35 щим образом.

, Из блока 2 телеизмерений на уп- раштяющие входы источников 10 тока поступают величины Р , устанавливая 40 значение тока этих источников в соответствии с (2). Таким образом, токи источников 10 становятся равными величинам 1, пропорциональньм генерируемым мощностям, в соответствии 5 с (34). Аналогично из этого же блока на управляющие входы источников I/, 18-и 25 тока поступают величины Р .Нк РЛ; . соответственно, устанавливая токи 1, 1р , 1. этих источников в соответствии с (34). Из блока задатчиков плановых значений генерируемых мощностей на управляющие входы источников 11 тока поступают вели- чины Р| , устанавливая значение тока If-K. этих источников в соответствии с (34) . Из блока 5 задатчиков прргно- .зируемых значений нагрузок на управляющие входы источников 12 тока поступают вачичины Р , устанавливая

0

5

значение тока этих источников в соответствии с (34) .

Из блока 3 задатчиков уставок на управляющие входы ограничителей 13 и 26 тока поступают уставки Р..., ,

ыIIIin

л; t РЛ устанавливая в соответствии с (34) значения токов соотI ( ( ветственно 1, , „., , 1.; . Тем

ак ok

самым реализуются ограничения (14) и(15).

Напряжение 1,- с выхода интеграторов 23; поступают на входы сумматоров 19 , а напряжения с выходов этих сумматоров подаются на управляющие входы источников 20 напряжения EJ,. ТокИ| 1д этих источников протекают также через усилители.21 ц с малым входным сопротивлением, не влиющим на распределение токов в имитаторах 8 . Напряжения W с выходов этих усилителей поступают на входы сумматоров 22; , а напряжения с выходов этих сумматоров поступают на входы интеграторов 23 .

Как указано ранее, по окончании переходного процесса токи этих интеграторов и источников 20 напряжения принимают значения, определенные соотношением (31), При этом в резисторах 16 к и 15к устанавливаются токи и минимизирующие тепловые потери (33). Токи 1 протекают через усилители 14 (с малым входньм сопротивлением, не влияющим на распределение токов), Таким образом, сигналы на выходах усилителей 14 оказываются пропорциональными токам или, как следует из (34) величинам

V РГК - РГК

(35)

Эти сигналы поступают через канал 7 и в энергосистему 1 для изменения мощности регулирующих объектов на величину (35) к тому моменту, для которого в блоках 4 и 5 установлены плановые значения генерируемых мощностей и прогнозируемые значения на- 60.последовательно с первым управлягрузок.

Формула изоб.ретения

Устройство для распределения активной мощности в энергосистеме, содержащее блок телеизмерения, состоящий из датчиков генерируемых мощностей, мощностей нагрузок и мршно457061 -10

стей перетоков, первый, второй и третий выходы которого объединяют соответственно выходы датчиков ге- с нерируемых мощностей, мощностей ная10

грузок и мощностей перетоков, а вход соединен с энергосистемой, имеющей канал управления мощностью объектов, блок датчиков уставок, выход которого объединяет выходы задатчиков уставок, блок задатчиков плановых значений генерируемых мощностей выход которого объединяет выходы задатчиков плановых значений генерируемых

15 мощностей, блок задатчиков прогнозируемых значений нагрузок, выход которого объединяет выходы задатчи- ков прогнозируемых нагрузок, и блок формирования управляющих воздействий,

20 вьшолненный из имитаторов узлов энергосистемы и имитаторов линий электропередач,., количество которых определяется количеством узлов и линий электропередач энергосистемы, а каж-

25 дый имитатор узла энергосистемы имеет два функциональных входа и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока формирования управляющих воздействий в целом, подключенный к энергосистеме, через канал управления мощностью регулирующих объектов, первые функциональные входы всех имитаторов узлов энергосистемы объединены, вторые функциональные входы этих имитаторов подсоединены к общей щине, каждый имитатор линии электропередач содержит ограничитель тока с двумя управляющими входами, которые являются первым и вторым з равляющими входами этого имитатора:,каждьй имитатор узла энергосистемы содержит первый усилитель, первьй,второй и третий управляемые источники тока, первый и второй резисторы и ограничитель тока с двумя управляющими

входами, которые являются первым и вторым входами имитатора узла, причем этот ограничитель вгшючен

30

35

40

45

емым источником тока, а параллельно первому управляемому источнику тока включены последовательно соединенные усилитель и первый резистор, gg выход первого усилителя является

управляющим выходом имитатора узла . в целом, второй управляемьй источник тока включе.н последовательно с ограничителем тока и первым згарав11

ляемым источником тока, а эта це- почка включена параллельно третьем управляемому источнику тока, второй резистор включен параллельно второму управляемому источнику ток управляющие входы первого, второго и третьего управляемых источников тока являются соответственно третьим, четвертым и пятым управляющими входами этого имитатора, при этом третьи управляющие входы всех имитаторов узлов образуют в сорокуп ности второй вход блока формирования управляющих воздействий, соеди- ненньй с первым выходом блока телеизмерений, четвертые управляющие входы всех имитаторов узлов образуют в совокупности третий управляющий вход блока формирования управляющих воздействий, соединенный с выходом блока задатчиков плановых значений генерируемых мощностей, пятые управляющие входы всех имитаторов узлов образуют в совокзш- ности четвертый управляющий вход блока формирования управляющих воздействий, соединенный с вьосодом блока задатчиков прогнозируемых значений нагрузок, а управляющие входы ограничителей тока во всех имитаторах образуют в совокупности первый управляющий вход блока формирования управляющих воздействий в целом, соединенный с вьгходом блока задатчиков уставок, причем управляющие входы ограничителей тока имитатора линии электропередач подключены к выходам задатчиков уставок по перето кам мощности, а управляющие входы ограничителей тока имитатора узла энергосистемы подключены к выходам задатчиков уставок по генерируемым мощностям, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования, в частности и в энергосистемах с кольцевыми связями, в каждый имитатор узла дополнительно введен четвертый и пятый управляемые источники тока, управляемый

45706112

источник напряжения, второй усилитель и сумматор, при этом упранпл- ющий вход четвертого управляемого g источника тока присоединен к третьему управляющему входу имитатора узла, управляющий вход, пятого управляемого источника тока является шестым входом имитатора узла, управляющий вход уп- 10 равляемого источника напряжения соединен с выходом сумматора, входы которого образуют групповой вход имитатора узла, последовательно с третьим управляемым источником тока 15 включен четверть управляемый источник тока, а параллельно ему включены пятый управляемый источник тока и последовательно соединенные управляемый источник напряжения и второй 20 усилитель, в каждый имитатор линии, электропередач дополнительно введены сумматор, интегратор, резистор и управляемый источник тока, управляющий вход которого является тре- 25 тьим управляющим входом этого имитатора, входы сумматора образуют групповой вход этого имитатора, выход сумматора подключен к входу интегратора, параллельно ограничителю тока 30 включены управляемьй источник тока

и последовательно соединенные резистор и интегратор, а выход интегратора является вьгходом имитатора линии электропередач, при этом управляющие входы всех имитаторов линии электропередач образуют в совокупности пятый вход блока формирования управляющих воздействий, соединенный с третьим выходом телеизмерений, ше- Р стые управляющие входы всех имитаторов узлов образуют в совокупности шестой вход блока управляющих воздействий, соединенный с вторым выходом блока телеизмерений, выходы всех имитаторов узлов присоединены к групповому входу каждого имитатора линии электропередач, а выходы всех этих имитаторов присоединены к групповому входу всех имитаторов узлов.

V

f

О i

L J L J

w

Фив. У