Способ регулирования мощности емкостной компенсации Советский патент 1990 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротех- .нике и может быть использовано при регулировании компенсации реактивной мощности в электрических системах с резкопеременными нагрузками, в част-.- ности в тяговой сети переменного тока.

Цель изобретения - стабилиза1Ц{я напряжения на всем участке сети, минимизация потребления реактивной мощности от тяговых подстанпий участка и увеличение срока слуА5 1 компенсируюпих ус-., тановок (KY.) путем уменьшения количества дискретных изменений мощности емкостной компенся,1;ии.

На фиг. 1 изобраз ена схема, реализующая предлагаемый способ; .на фиг.2

функциональная схема КУ; на фиг. 3 - схема замещения межцодстанционной зоны (MI3).

Схема на фиг. 1 содержит ряд связанных тяговой сетью межподстанцион- ных зон 1, состоящих из тяговых-подстанций 2 и 3 и компенсирующих установок 4, совокупность первых 5, вторых 6, третьих 7 датчиков напряжения и первых 8, вторых 9 датчиков реактивной составляю1чей тока, первый 10 и второй 11 коммутаторы, -оптимизатор 12, дешифратор 13, линию 14 задержки, первый 15 и второй 16 каналы связи.

сл

4

Схема на фиг. 2 содержит последовательно соединенные регулируемую кон денсаторную батарею 17, состоящую из параллельно включенных 1Н1ерегулируе- мой ступени le и № регуотируемых ступеней, представляющгос собой последовательно соединенные конденсатор 19 и коммутируюпщй аппарат 20, и реактор 21, которые подключены к тяговой сети

Схема на фиг. 3 содерушт первьш 22 и второй 23 источники напряжения, первый 24 и второй 25 четьфекполтосники и rLC-цепочку 26. Причем к входам первого 24 и второго 25 четырехполюсников подключены первый 22 и второй 23 источники напряжения соответственно. Выходы чет фехполюсников 24 и 25 соединены параллельно и к-нШ подключена гЬС-цепочка 26.

Устройство, реапизующее предлагаемый способ регулирования мощности емкостной компенсации работает следую- щим образомо

I

Для всех межподстанционньЕ ; зон

(ШЗ) 1 на выходах первых 5 и вторых 6 датчиков напряжения формируют сигналы, соответствуюгще напряжениям Е, Е, на примыкаюр1их шинах тяговых подстанций 2 и 3, которые ограничивают МПЗ 1. На выходах датчиков 7 формируют сигналы напряжения в тяговой сети в месте подключения КУ 4. На выходах первых 8 и вторых 9 датчиков реактивной составляющей тока формируют сиг- налыд саответствуюп1ие реактивным 2осталляю1щм токов нагрузки тяговых псодстанций 2 и 3. Сигналы с выходов датчиков 5-9 посредством канала 15 связи через коммутатор 10 последовательно для всех МПЗ 1 подают на вхо,ды оптимизатора 12. Посредством последнего вычисляют параметры уравнений у оделирования процесса, компенсации в текущий момент времени, а также оп- тимальнзло величину емкости КУ, при которой достигается минимапьное значение показа;теля потерь регулирования:

(U)+p,2,(Il,p| +|l2pl)+P n- p4|u-

и

(1)

вычисленное посредством моделирования напряжение в месте подключения КУ j-й МПЗ|

полученные в результате моделирования реактивные состав- ляюгр-ie токов нагрузки тяговых

0

5

0

5

0

J-

п F(U)

подстанций, ограничивающих j-ю МПЗ;

измеренное значение напряжения в тяговой сети в месте подключения КУ (j-1) МПЗ; количество коммутирующих аппаратов КУ, которое необходимо переключить для установки нового значения емкости КУ; О,UvHH -U UAIOKC;

g, (U-UMOIKC), .«c;

R.(u

и

мин

.и.

С|КС

5

5

,цц , - минимальное и максимально допустимые напряжения в тяговой . сети;

J.fo, .

g sSj. Я4 весовые коэффициенты.

Первое слагаемое показателя JJ характеризует потери от выхода напряжения за пределы интервала мокс 5 второе - потери от потребления реактивной мощности, третье - по- тери от переключения коммутирующих аппаратов КУ, а четвертое - потери от разности напряжения в смежных МЙЗ, Поэтому, минимизируя в процессе управления показатель I;, добиваются минимального потребления реактивной мощ.- ности от тяговых подстанций и минимального отклонения между напряжениями в смежных MTtB с учетом ограничения переключений коммутирующих аппаратов КУ и поддержания напряжения в заданном интервале. Приоритет минимизации тех или иных потерь задается величинами весовьк )ициентов. Поскольку показатель потерь регулирования минимизируют последовательно для всех ЛПЗ тчастка, эсМ ективный режим компенсации реактивной мощности устанавливают на всем энергоучастке тяговой сети.

На выходе оптимизатора 12 формируют сигнал i o,T-, соответств тоР1ий количеству коммутирую1чих аппаратов 20 КУ (фиг. 2), которые должны быгь замкнуты для получегния оптимальной емкости. Сигнал 1д„ через деишфратор 13 л коммутатор 11 подают на вход канала 16 связи, а затем на управляющий вход КУ 4 той нз межподстанционных зон 1, датчики 5-9 которой подключены в текущий момент времени посредством коммутатора ,0 к входам | оптимизатора 12, После выработки сигнала i н.ч синхронизирующем выходе оптимизатора 12 формируют сигнал

синхронизации S и подают его на уп- равляюгцие входы коммутаторов 10 и 11 (на последний через линию 14 задержки). По сигналу синхрокиза1дш осуществляют переключение коммутатора 10 так, чтобы к входам оптимизатора 12 оказались подключенными выходы датчиков 5-9 следующей МПЗ 1. Коммутатор 11 по сигналу синхронизации подключает к выходу дешифратора 13 управляющий вход КУ 4 также следующей МПЗ 1. Благодаря этому осуп ествляют регулирование последовательно для

и 23 напряжения Ej,Ej, я компенсирующая установка 4 - в виде гЬС-цепоч-; ка 26. Участки МПЗ мезцду подстанциями 2 и 3 и установкой 4 представлены на схеме в В1ще четырехполюсников 24 и 25.

В соответствии с теорией четырехполюсников уравнения для их входных и выходных токов можно записать в вице :

1,а„ Е,+а,;,и; 1, а, (2)

, (3)

,+Ь,и;

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при регулировании компенсации реактивной мощности в электрических системах с резкопеременными нагрузками. Цель изобретения - стабилизация напряжения на всем участке сети, минимизация потребления реактивной мощности от тяговых подстанций участка и увеличение срока службы компенсирующих установок путем уменьшения количества дискретных изменений мощности емкостной компенсации. Это достигается путем измерения напряжений на шинах тяговых подстанций, реактивных составляющих их токов нагрузки, напряжения в тяговой сети в местах подключения регулируемых компенсирующих установок и вычисления параметров уравнений моделирования процесса компенсации. Определяют оптимальные величины емкостей для всех компенсирующих установок, которые обеспечивают минимальное значение показателя потерь регулирования, и производят переключения секциями конденсаторных установок. 3 ил.

всех МПЗ 1. После последней М-ой МПЗ 1 где 1, 1 - комплексные значения

осуществляют переключение коммутаторов 10 и 11 вновь на первую МПЗ, Линия 14 задержки необходима для того, чтобы переключение коммутатора 11.производилось не ранее, чем сигнал i , пройдя дешифратор 13, будет подан на вход соответствующей КУ 4,

Изменение емкости 1СУ 4 осуществляют путем переключения коммутирую1 1их аппаратов 20 (фиг. 2), Минимальная емкость КУ 4 достигается при размыкании всех коммутируютцих аппаратов 20, В этом случае остается включенной . только нерегулируемая ступень 18, емкость которой равна С(,,

Для увеличения емкости КУ 4 последовательно замыкают коммутирующие аппараты 20, начиная с первого. В этом случае емкость КУ 4 определяется по формуле

+ ЦС,

где i - количество замкнутых аппаратов 20;

UC - емкость конденсатора 19 регулируемой ступени,

Переключением аппаратов 20 управляют с помощью сигнала U, который подают на их управляю1ч 1е входы. Сигнал представляет собой N-разрядный цифровой код в cooTBeTCTBkm с N регулируе- мьми ступенями КУ 4,

20

25

30

35

40

входных токов четырех полюсников, которые с падают с токами нагру тяговых подстанций; 1 - комплексные значения ходных токов четырехп люсников;

и - выходное напряжение ч тырехполюсников, совп дающее с напряжением ти в месте подключени КУ;

) IJ - параметры четырехполю ков, являющиеся..компл ными числами, части уравнений (2) равн

1,р «.iR, + ,E+(XjzU гдеЫ;) fU;j ,b;j ,1ри); U |и( , Срц а

Из схем1 замещения (.фиг. 3) име

(i,+i4), где - импеданс КУ;

г, Г-- - активное и реактивно

сопротивления КУ; L - индуктивность реакто

1СУ;

М

С - емкость конденсаторн батареи КУ в текущий мент времени.

Подставив в (5) уравнения (3), 45 лучим

ISjllllklL ll(

T-zIa t+bzi)

Уравнения моделирования процесса компе-нсации реактивной мощности получают на основе схемы замещения МПЗ

(фиг. 3). На ней тяговые подстанции 2 50 лив действительную и м.шмую части, по и 3 представлены в виде источников 22

Введя обозначения а, А,|-«-j/ г; bzt , Р. , Раздет, E,,,r-lVx+y. IzIO+EtLj i. Г- ггХ+У112(0.(-,.

..,(7)

„ E. X-t- rr+rJz/ l-l-EzCai. X-bJ322r+r.iziil.,04

()5-;n;; ; i lr)

входных токов четырехполюсников, которые совпадают с токами нагрузки тяговых подстанций; 1 - комплексные значения выходных токов четырехполюсников;

и - выходное напряжение четырехполюсников, совпадающее с напряжением сети в месте подключения КУ;

) IJ - параметры четырехполюсников, являющиеся..комплексными числами, части уравнений (2) равны:

1,р «.iR, + ,E+(XjzU ( гдеЫ;) fU;j ,b;j ,1ри); U |и( , Срц агр,и.

Из схем1 замещения (.фиг. 3) имеем

(i,+i4), где - импеданс КУ;

г, Г-- - активное и реактивное

сопротивления КУ; L - индуктивность реактора

1СУ;

М

С - емкость конденсаторной батареи КУ в текущий момент времени.

Подставив в (5) уравнения (3), по- учим

ISjllllklL ll(6)

T-zIa t+bzi)

U

лив действительную и м.шмую части, по

Введя обозначения а, А,|-«-j/ г; bzt , Р. , Разде716

где I z j - модуль импедансаj

I -(3u, ); f .-(Mi АЦ (, ; (Г4 рЛг+/ з.(5,.

Для напряжения U справедливо выра- женив

, , .. Ill Ht

(9)

.,

Полученные уравнения (4), (7) - (9 являются уравнениями моделирования пр.оцесса компенсации реактивной мощности в МПЗ, т.е. математической моделью. Входной информацией для нее являются напряжения Е, К тяговых подстанций и емкость конденсаторой батареи КУ. Емкость С представляет собой управляемое входное воздействие, так-как ее варьируют. Выходной информацией в полученной модели являются напряжение U в месте подключения

КУ и реакт ивные составляю1цие токов нагрузки тяговых подстанций. В модель входят параметры: oi, j,,-j, . J ,1 , значения которых априорно неизвестны и изменяются во времени в основном за счет тяговой нагрузки.

Использование полученной модели для регулирования мощности компенса- ции требует предваритагчьного определения параметров уравнений моделирования .

При определении неизвест-цых параметров модели необходимо найти их знчения, обеспечиваюрще минимальное отклонение выходных переменных U, , Ign модели от соответствуюпшх информативных переменных U, liDH реального процесса, измеряема посредством датчиков 7,8 и 9, Т,е. определение параметров осуп/гствляют исходя из требований наилучшей адекватности модели peajibHOMy процессу компенсацией реактивной мощности в МПЗ

t

Степень отклонения переменных модели и процесса оценивают функцией ошибки вида:

1 Г/ -г 5 , г-г -- ,)2 +p,(Uj,,

l4(I,p,-I,.) + Cl U),

ри ip ip

-I.

(10)

где g - весовой коэффициент, равный отно1чению средней ве.личииь реактивных составляющих токов нагрузки к номинальному ;,апря- жению в тяговой сети. Искомые параметры должны быть определены из условия минимума функ1Д1и ошибки I, т.е. из условия . (« . )o/;i,p,;, 1

0

5

0

18

(параметры у-; однозначно определяются величинами fi;: , 5; ).

,Тля достижения минимума функтщи I параметры и;: ,Р;;,5 ;, изменяясь во времени, должны подстраиваться так, чтобы стартуя с некоторого начального значения, они достигали значений, обеспечивающих выполнение уело-. . ВИЙ (11). Лля этого необходимо, чтобы при подстройке параметров происходило их движение по антиградиенту функдии I, т.е, в направлении ее наиболее быстрого убывания.

Тогда уравнения для подстройки параметров принимают вид:

cC/L -i --||-;

(;.,;

(12)

(13)

5

0

0

5

0

-Ь2, ,2,

где аргумент в квадратных скобках обозначает номер дискретного момента времени, т,е. такта.

Подставляя выражения для частных производных имеем:

. (х„И „Гк-Г1+Е,к(1,р, 1, (15)

Ы,г Н п к-1 (1 ,ри к - 1,р к); 5 Va, С К Ы 2, К-1J +RZ к (1г РИ )5

о( 0((Ч К).

п т-а Г- Л+Р лМАШЬт ГкКг- „ LKJ- рп l -1J -u K A

-S i;K--i к( jz|4j ; .

(16)

P..,K(X. + j) K-1 z P ) -Up ГК (r- UK-I I zp ) ;

(-E,(x-bS,) ;

§... 4,-1 |zi -Ui LKJ(r-,CK-1 1гП),

§, Kj4,.

Си,к 5„ к-11н-ир к,гГк-0 - hi f

-1J ) (, fz| 2-r) ;(17)

16105

5,к,,.,.5.1Ш, (ирГфиГк-1 -и к р,к-1)-ь

(,, -l)(,

(1,,).

0(с К-О (1,р )я(); ,

A(1-5,)2 + (J, .

Параметры вычисляют по формулам:

)((,,к);

(18)

(,.,,,Гк);

,. 20

1 4Гк г.,Гк.

Значения переменных и„ Гк7,и,,Гк1: , 1,рСк, I, И, BxSiJ e L- ,5 лученньге формулы для расчета параметров, вычисляют с помогцью уравнений моделирования, подставив в них значения параметров, вычисленные на предыдущем (К-1)-м такте:

,И(|%, ,, °

if.)+E,K(pa,,,K- -1 х- уг К-11(гМ)(1у)

М( Гк-Я)х( У к-1 |г|Ч+Е,к(р„Гк-1 хч-| 2,); С20)

иМНи|,

. (2)

I ,р К „ к-1 Е , М + с,, к-1 и к ;

(22)

40 (22)

15 о W О(г, Гк-1 Ч к-1 и к . U3)

Начальные значе);ия параметров при принимают равными нулю, т.е.

,2; ,2.

Вычисление парам тров и оптимальных величин емкостей КУ 4 производят с помощью оптимизатора 12. В каждый дискретный момент времени последовательно для всех МПЗ 1 участка в соответствии с полученными формулами вычисляют параметры уравнений модели- . роваш я, а также значения показателя (1) для всех возможных в рассматри10

ваемой КУ значений емкости. В качестве оптимального принимают то значение емкости, при котором показатель потерь регулирования (1) принимает минимальное значение. Оптимизатор 12 может быть реализован на ЦВМ. В алгоритме его работы ряд величин (параметры модели, параметры КУ, показатель потерь регулирования) будет обозначать с индексом J, который указывает номер МПЗ и принимает значения от 1 до М.

Алгоритм работы оптимизатора 12 имеет следуюр 1й вид.

J, емкость нерегулируемой ступени емкость одной регулируемой ступени i.C ; количество регулируемых ступеней Nj; количество i р 1 включенных регулируемых ступеней КУ в начальный момент времени и начальные значения параметров:

. )

1 1,2; j T7M. 2. Вычисляют начальную емкость КУ всех Ш13

, j i,M.

4,Формируют цикл по переменной от

1 до М, вводят с коммутатора 10 значения информативных переменных на К-м такте

40

Е, Е, и„ 1,.,

к,

Q

и сбрасывают сигнал синхронизации .

(..

I 7. Вычисляют параметры А КЗ; А;

;еИ; |3ieM ji к по формулам (15) - (18).

С1ГК+Г| С -1.АС X, fz/.

п -4тГк1ь 5

.

)fJ Гк1, полученные в п. 7.

MZ. Если ulKl UMakC5 то вычисляют

F(U)p,/U K -UMaKc).

F(U)g.(U,H-uri94 14.. Если (, i иИ 6 ,«с .то заают

F(.U)0.

g luH-ui- к .25

,17, Если выполняется условие ij I-L то задают - г л

il,.i5; ioV K-il- с«,,сМк.-11;

и

опт

опт

Гк-ыЪ

Таким образом алгоритм работы оптимизатора условно разделяется на че- 40 тыре части. В первой из них (пп.1 и 2) осуществляют задание параметров sicex КУ и начальных значений параметров модели. Во второй части (пп,3 - /) вычисляют параметры уравнений модели- 4j рования на К-м такте для j-й ШЗ „ Основными исходными данными для этой части алгоритма являются переменные,, вводимые в п.4. В третьей части алгоритма Ош. 8-17) реализован метод 50 прямого перебора всех возможных дискретных значений емкости КУ j-й ШЗо В результате при выходе из цикла (после п. 17) величина :1 апт Ск+О вается равной HCKOMOiviy количеству 55 включенных ступеней КУ, при котором показатель IJ минимален, величина

Опт

оказывается равной емкости 10%

оответствующей значению 1д,К+1, соответствует напряжению в есте подключения КУ для этого случая.

Соответствую1цим выбором весовых оэффициентов R, g, j; , g4 показателе потерь регулирования (1) можно задать требуемые приоритеты в минимизации тех или иных слагаемых потерь. Например, в качестве потерь регулирования можно принять потери в рублях, вызванные ненулевыми значениями слагаемых, входящих в .

Формула изобретения

Способ регулирования мощности емкостной компенсации в тяговой с ети, основанный на дискретном изменении реактивной мощности, генерируемой ус- TaHOBKaNffl поперечной компенсации внутри межподстанционной зоны (МПЗ), при котором измеряют токи нагрузок тяго-,- вых подстанций и напряжения внутри мeжпoдctaнциoнныx зон, вьгчисляют параметры моделей процесса компенсации реактивной мощности и определяют оптимальные величины емкостей всех ком- rIeнcиpyюl JJ x установок, обеспечиваюп е наименьшее значение показателя потерь регулирования, отличаю щий- с я тем, .что, с Целью стабилизации напряжения на всем участке сети, минимизации потребления реактивной мощности от тяговых подстанций участка и увеличения срока службы компенсирую-, щих установок путем уменьшения количества дискретных изменений мощности емкостной компенсации, дополнительно измеряют напряжения на примыкающих шинах тяговых подстанций и определяют оптимальные величины емкостей для всех ко тенсирующих установок путем последоват -шьного вычисления показателя потерь регулирования для всех возможных в рассматриваемой компенсирующей установке значений емкости и в качестве оптимального принимают то из них, при котором минимален показатель потерь регулирования, имеюпр й для j-й межподстанционной зоны вид

(U)-fR,(I 1,р| +fl гр i) 1 где и - вычисленное посредством-моде-. лирования напряжение в тяговой сети в месте подключения рассматриваемой компенсирующей установки;

13

.

I - значения реактивных составляю.

щих, полученные в результате моделирования процесса ком- f., пенса1щи;

- измеренное значение напряжения в тяговой сети в месте подключения компенсирующей установки (л-1)-й межподстан- ю ционной зоны; о, UM« и-и,,;

F(U)

и

Й| и-имоцсс),

IB,(UMHH-U), , «ии макс минимально и макси- |5 мально допустимь е наФи2. f

ю

|5 14

пряжения в тяговой сети;

J p. :

(s«,

весовые коэффициенты;

n - количество коммути- РУЮ1ЩХ аппаратов компенсирующей установки, которое нео.бхо- димо переключить для установки нового значения емкости ком- пенсирующей установки.

Л

uz 3

.Л