Устройство для распределения активной мощности в энергосистеме Советский патент 1990 года по МПК H02J3/06 

ел

оэ со

СО

со

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для оперативной коррекции распределения генерируемой активности мощности. Цель изобретения - уменьшение стоимости электроэнергии путем учета зависимости стоимости вырабатываемой электростанциями электроэнергии от величины генерируемых ими активных мощностей. Устройство в целом представляет собой электрическую цепь, являющуюся моделью энергосистемы и одновременно физической моделью задачи. Минимизация тепловых потерь в этой цепи эквивалентна минимизации показателя качества распределения активной мощности в энергосистеме при оперативной коррекции с учетом стоимости электроэнергии. Учет стоимости выполняется в блоке расходной характеристики, содержащем несколько включенных между его выводами цепочек. Каждая из них состоит из последовательно соединенных ограничителя 27 тока и источника 28 тока, параллельно которому включен резистор 29. 5 ил.

го

Изобретение относится к электроэнергетике, предназначено для оперативной коррекции распределения генерируемой актирной мощности и является усовершенствованием устройства по авт,ср, V 1457061

Целью изобретения является умень- шение стоимости электроэнергии за счет учета зависимости стоимости вы- рабатываемой электростанциями электроэнергии от величины генерируемых ими активных мощноетеи о

На фиг.1 изображено устройство для распределения активной мощности в энергосистеме; на фиг,2 - блок формировании управляющих воздействий;на ФпГоЗ и - шштлл ор узла энергосистемы и имитатор линии электропередач coo ii LTL i пгчпо; H.I фиг,5 - Спок уче- та росходчой характеристики.

Устройство содержит соединенный с энергосистемой 1 блок 2 телекамере- нпй регулируемых параметров, блок 3 заллт-пткор уставок, блок 4 задатчнков плановых значений генерируемых мощ- ностей, блок 5 задатчиков прогнозируемых значений нагрузок и блок 6 фсрмлгочачт управляющих воздействий,

БЫК-од которого через канал 7 управле- ш I : 1 цпог п.п регулирующих обьектор си-ггш

ДО 13 Пип К f В

энергосистемой 1. Шесть чхо- с выходами бло::а G

Блок 2 телеизмерений состоит из отдельных датчиков 2-1-1, 2-1-2, Лс генерируемых мощностей, датчиков 2-2-1, 2-2-2з с„. мощностей нагрузок, датчиков 2-3-1 2-3-2, 0.. мощностей перетоков„ Блок 3 задатчиков уставок состоит m отдельных задатчиков 3-1 - 3-1-2, ос, устпвск по перетокам мощности, сдатчиков 3-2-1, 3-2-2, „ои устагюк по генерируемым мощностям. Блок 4 задатчиков плановых значений генерируемых мощностей состоит из отдельных зчдатчиков 4-1, 4-2, с„„ плановых значений генерируемых мощностей. Блок 5 задатчиков прогнозируемых значений нагрузок состоит из отдельных задатчнков 5-1, 5-2, Ооо прогнозируемы ; значений нагрузок„

Блок 6 формирования управляющих воздействий фиг.2) выполнен из имитаторов 8-1, 8-2, 000, 8-KSoo. узла энергосистемы и имитаторов 9-1, 9-2, „.о линий электропередач, количество которых определяется количеством уз

5 0

5

0

5

0

45

50

лов и линий электропередач энергосистемы

Первые функциональные входы всех имитаторов 8 узлов энергосистемы об7э- единенЫо Вторые функциональные входы этих имитаторов 8 присоединены к общей шине о

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

Первые и вторые управляющие входы всех имитаторов 8 и 9 образуют в совокупности первый вход блока 6, связанный с выходом блока 3, причем первые и вторые управляющие входы имитаторов 9 линий электропередач подключены к выходам задатчиков 3-1-1, 3-1-2, с„0 уставок по перетокам мощности, а первые и вторые управляющие имитаторов 8 узта энергосистемы подключены к выходам задатчиков 3-2-1, 3-2-2, „„о уставок по генерируемым мощностям,,

Третьи, четвертые, пятые и шестые управляющие входы всех имитаторов 8 узла энергосистемы образуют в совокупности соответственно второй, третий, четвертый и шестой входы блока 6 в целом„ Третьи упрапляюрще входы всех имитаторов 9 линии электропередач образуют в совокупности четвертый вход блока 6 в целом. При этом второй, третий и четвертый его входы связаны соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока 2, пятый его вход связан с выходом блока 4, шестой его вход связан с выходом блока 5„

Выходы всех имитаторов 8 узла присоединены к групповому входу каждого имитатора 9 линии электропередача Выходы всех имитаторов 9 линии электропередач присоединены к групповому входу каждого имитатора 8 узла0

Каждый имитатор 8 узла энергосистемы (см0фиго3) 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, второй усилитель 21 и блок 22 учета расходной характеристики.

Каждый имитатор 9 линии электропередач (фиг„4) содержит интегратор 23, резистор 24, управляемый источ51569931

ник 25 тока, ограничитель 26 тока и сумматор 27.

Каждый блок 22 учета расходной характеристики (фиг„5) содержит несколько ограничителей 27 тока ОТК m (здесь К - номер имитатора 8 узла, m - номер ограничителя тока в блоке 22, входящем в этот имитатор), столь- „ ко же источников 28 тока ИТ и столь-.- I Z h (Р -Р ) +g К(Р -Р ) +

прогнозируемые нагрузки в этих же узлах и плановые значения генер руемых мощностей этих же узлов. Ге нерируемые мощности должны быть вы ны таким образом, чтобы при ограни ниях (1) - (6) минимизировать пока тель качества

гп ко же резисторов 29 R

В ограничителях 27 тока используются неуправляемые источники тока0 Источники 28 тока также являются неуправляемыми (в отличие от управляемых источников 10, 11, 17, 18 и 25 тока)„

Вначале рассмотрим математическую постановку задачи оперативной коррекции, решаемой предлагаемым устройством. Обозначим: Р - генерируйг К

мая мощность К-го узла в текущий момент времени Ј; Р гк - генерируемая мощность К-го узла в расчетный момент времени t; PHK - нагрузка К-го узла в текущий момент времени t; - прогнозируемое значение мощности нагрузки К-го узла в расчетный момент

к + S

Гк ГК

к РГК:

15

20

25

времени t

.

у

Р г УК

- узловые (суммарные) мощности К-го узла, в моменты времени t и t соответственно; РЛ, - переток мощности по i-й линии электро - передач в текущий момент времени t; Р А; - переток мощности по i-й линии электропередач в расчетный момент времени

30

Р 1„ - плановое значение ге- 5

где hK, gK - известные коэффициенты SK() -функция, определяющая

стоимость генерации мо ности К-й электростанцией (ее расходная характеристика)„

В этом показателе качества перв член отражает требования минимизац изменения генерируемых мощностей, второй член отражает требования ми мизации отклонения от планового ре жима, а третий член отражает требо ния по минимизации стоимости генери руемой электроэнергии. При этом, вы бирая определенным образом коэффици енты Ьк и вк, можно изменять роль каждого из этих требований„

Функция стоимости S H определена интервале допустимых значений генер руемой мощности К-й электростанции Она является нелинейной, но практич ки может быть аппроксимирована кусо но-параболической функцией. Это озн чает, что указанный интервал может быть разбит на несколько т-х интервалов. В устройстве количеству этих интервалов соответствует количество последовательных цепочек в блоке 22 учета расходной характеристики,, На каждом из этих интервалов функция S может быть представлена в виде

нерируемой мощности К-го узла в рас-.

Р

четный момент времени L. , L гк, L гк предельные значения (наименьшее и нибольшее соответственно) генерируемых мощностей Рд; Р . то же для Р ; «.т коэффициент влияния К-й узловой мощности Р на i-й переток Рд( о

Перечисленные параметры связаны следующими соотношениями:

Задача заключается в следующем,, Необходимо найти генерируемые мощности К-х узлов в определенный момент времени t, для которого известны

„ I Z h (Р -Р ) +g К(Р -Р ) +

прогнозируемые нагрузки в этих же узлах и плановые значения генерируемых мощностей этих же узлов. Генерируемые мощности должны быть выбраны таким образом, чтобы при ограничениях (1) - (6) минимизировать показатель качества

„ h (Р -Р ) +g К(Р

к + S

Гк ГК

к РГК:

5

0

5

0

5

0

5

где hK, gK - известные коэффициенты; SK() -функция, определяющая

стоимость генерации мощности К-й электростанцией (ее расходная характеристика)„

В этом показателе качества первый член отражает требования минимизации изменения генерируемых мощностей, второй член отражает требования минимизации отклонения от планового режима, а третий член отражает требования по минимизации стоимости генерируемой электроэнергии. При этом, выбирая определенным образом коэффициенты Ьк и вк, можно изменять роль каждого из этих требований„

Функция стоимости S H определена на интервале допустимых значений генерируемой мощности К-й электростанции,, Она является нелинейной, но практически может быть аппроксимирована кусочно-параболической функцией. Это означает, что указанный интервал может быть разбит на несколько т-х интервалов. В устройстве количеству этих интервалов соответствует количество последовательных цепочек в блоке 22 учета расходной характеристики,, На каждом из этих интервалов функция S. может быть представлена в виде

+

С Р 0 к m r

if- г.

+ С

Km

(8)

Т к(ти) Р гк ,

(9)

ск.« с;т.

TVm- У WT известные

коэффициенты, причем Ткт правая граница m-го интервала. При этом функция стоимости, входящая в показатель качества может быть представлена в виде суммы

5к(рг;

С к Ргк-Т°кпЛ 10

причем

Ск Скт если Гк( так как константы С°т не влияют на минимизацию показателя качества I

Предлагаемое устройство решает за дачу минимизации показателя качества (7) при условиях () - (6), (10), (1 где неизвестны Рл, , , Рук, а данными являются РГ(0 Рцк РЛ

D р Р Р -vt v. 0 Г

РГК rx FAi л Гкт К)икт Эта задача решается электрической

цепью, являющейся моделью энергосистемы и одновременно физической моделью задачи,, Эта электрическая цепь образуется в блоке 6 формирования уп рзпляшинх воздействий и имеет следующие компоненты и параметры:

г.Ккл-цгг- сопротивления ре- знсторов 15-к, 16-к, 29-кт COOT- пстственно;

,,T-f. Rx токи протекающие

через резисторы 15-к, 16-к. 24-i3 29-кт соответственно;Iдк - ток управляемого

источника напряжения

1г 1пк51кк 1гк токи Управляемых

I,

к х л.

источников 10 - 12, 17, 18 и 25 тка соответственно J Д..,ТокЛ, - токи, протекающие

ек

т т 7 т К Jnk J OK 4i J Li

че:рез ограничител 13-к, 26-i, 27-кт тока соответственно ; предельные значе

ШЯ ТОКОВ 1-„ И о л

IL;

V , Wк - напряжения на выходах усилитепей 1ч-к и 21-к соответственно;I - ток, протекающий

через имитатор 8узла; I - ток, протекающий

ГП

через источник 28-гап тока;

Е - напряжение управляемого источника напряжения 20-к;

е . - напряжение на вы- ходе интегратора 23-i; Ч в i напряжения на выходах сумматоров 19-к и 27-i соответственно

В этой цепи наблюдается первый закон Кирхгофа, т„е„

(12)

к

К .

ок I пк 1 RK 5

Т ок I гк+ I

Г К

Ч,- ; + iMi;

и ZIK 0;

И I M

k 2. 10кгп m t

I 1 H- I О к m К rrt R

Токи ограничителем 13, 26 и 27 удовлетворяют соотношениям

- ок ок I ок Т ,-, л; l ;, ;

ч

О кгч

(20) (21) (22)

О к tn о к tr В основном авторском свидетельстве показано, что в данной электрической цепи всегда достигается устойчивое установившееся состояние, при котором соблюдаются уравнения

Kildk+-Ki -0

П

I Щ - 5. ,

(23) (24)

где d K,- весовые коэффициенты слагаемых WKB сумматоре 27-i, совпадающие с коэффициентами с( Kj в формуле (4) о

Уравнения предлагаемой электрической цепи отличаются от уравнений электрической цепи в иявестном устройстве только наличием уравнений (18), (19),(22), которые описывают блок 22 учета расходной характеристики. Этот блок содержит только источники тока, диоды и резисторы. Поэтому в предлагаемой электрической цепи (так же как и в электрической цепи основного авторского свидетельства) минимизируются тепловые потери в резисторах при ограничителях, которые налагаются диодами и уравнениями первого закона Кирхгофа. Таким образом, в рассматриваемой электрической цепи минимизируются тепловые потери Р

Q Хгкгк+ QK), (25)

лл г где Q, Ц I RKmRkm(26)

ITUf

при ограничениях (12) - (24),

Если величины

1ОКП И

окт Для раничителей 27 выбраны так, что

Ј

i

о (гпм

то ток Ik проходит только через один из ограничителей 27-кт и, следовательно, только через один резистор 29-кга. При этом величина (26) может быть представлена в виде

Q

где К

R,

если

К Kin

Задача минимизации Q при условиях (12) - (25), (27) - (2У) совпадает с задачей минимизации I при условиях (1) (7), (10), (11), если

г

К„/ к m

и

с/Т

(JO) (31) (32) (33)

vf

J

I - коэффшгяент пропорциональ- ности;

соответствующие величины из следующих перечней:

Р

рнк Р

г нк г Нк г VK р р . г

ГК 1 Л| ГЛД г ук 1

1) р I) УК 1 Л Л1

ГК 1

J °KflP

УК

)- (Pni-P/lT).

Кпл

(РТК -

l -rKjIoK - -PK - -нк (I гк I рк I к

IL;,InK,IOK,IpK,IA, , 1Л; 1 I И) -t

гк

35

т т т Км Йкт|

Итак, задача минимизации тепловых потерь Q в электрической цепи устройства полностью эквивалентна задаче ми- Q нимизации показателя качества I при оперативной коррекции распределения перетоков активной мосщости в энергосистеме

Устройство целом функционирует Д5 следующим образом„

Из блока 2 телеизмерений на управляющие входы источников 10 тока поступают величины РГ , устанавливая значение тока этих источников в соответ- сп ствии с (32) о Аналогично, из этого же блока на управляющие входы источников 17, 18 и 25 тока, поступают величины РГК, Рнк, Р Л; соответственно, устанав- ливая токи 1Гк I рк A этих источни- г ков в соответствии с (32). Из блока 4 задатчиков плановых значений генерируемых мощностей на управляющие входы источников 11 тока поступают ве) 5

15

20

25

-

30

.

35

- Q 10 |

личины Р J: , устанавливая значение тока 1пкэтнх источников в соответствии с (32). Из блока 5 задатчиков прогно- зируег-fbix значений нагрузок на управляющие входы источников 12 тока поступают величины устанавливая значение тока Iнж этих источников в соответст- ,пии с (32).

Из блока 3 задатчиков уставок на

управляющие входы ограничителей 13

и Р

AI

ВИИ

26 тока поступают уставки Р , PAJ устанавливая в

i

гк

соответстс (32) соответственно значения токов 10 к, 1, 1., 1д ;а Тем самым реализуются ограничения (20) и (21)„ Напряжения е, с выхода интеграторов 23-i поступают на входы сумматоров 19-к, а напряжения с выходов этих сумматоров подаются на управляющие входы источников 20 напряжения E(J Токи 1дкэтих источников протекают также через усилитель 21-к с малым входным сопротивлением, не влияющим на распределение токов Б имитаторах 8-к„ Напряжения Wkc выходов усилителей поступают на входы сумматоров , а напряжения ( с выходов этих сумматоров поступают на входы интеграторов 23-i.

По окончании переходного процесса токи этих интеграторов и источников 20 напряжения принимают значения, определенные соотношением (24). При этом в резисторах 16-к, 15-к, 29-кта устанавливаются токи IRK, Iгк, lRKm минимизирующие тепловые потери (25)о Токи 1Г протекают также через уси- .лители 14 (с малым входным сопротивлением, не влияющим на распределение токов)о Таким образом, сигналы на выходах усилителей 14 оказываются пропорциональными токам I или, как следует из (32), величинам

V Р гк -гк (34)

Эти сигналы поступают через канал 7 и энергосистему 1 для изменения мощности регулирующих объектов на величину (34) к тому моменту, для которого в блоках 4 и 5 установлены плановые значения генерируемых мощностей и прогнозируемые значения нагрузок„

Формула изобретения

Устройство для распределения активной мощности в энергосистеме по авт.св. № 1457061, отличающееся тем, что, с целью уменьшения стоимости электроэнергии путем учета зависимости стоимости вырабатываемой электростанциями электроэнергии от величины генерируемых ими активных мощностей, в каждый имитатор узла дополнительно введен блок учета расходной характеристики, включенный между вторым функциональным входом имитатора узла и общей точкой второго JQ

рц

L.

усилителя и четвертого и пятого управляемых источников тока, при этом каждый блок учета расходной характеристики содержит параллельно включенные между его выводами цепочки, каждая из которых состоит из соединенных последовательно ограничителя тока и источника тока, параллельно которому включен резистор

k Dn fy

Уста6ки

IL:

U

Фиг.4