Устройство автоматического регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме Советский патент 1991 года по МПК H02J3/06 

Изобретение относится к электроэнергетике .

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет регулирования частоты, а также увеличение быстродействия и упрощение устройства .

На фи .1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - блок формирования управляющих воздействий; на фиг.З - имитатор узла энергосистемы; на фиг.4 - имитатор линии электропередач; на фиг.З - ограничитель тока.

Поеол JT °мое /CTOOHLI) содержит соедиченньл pi

мой Опок 2 телеи ме спи мых параметров и

(С,г.1)

чете - i

41 чОВ

О5

ю

00

со

уставок. С энергосист о каналом 4 управлечля г т MI тируюцих объектов связан ipa липок 5.

Входы управля чего г, соединены к выходам блока -ETCJ змерений регутируемых параметров и тока 3 зада гииюв уставок.

Блок 2 тепеичмрпений состсит из отдельных датчиков: дзтчш-а 2.3 отклснения частоты от номинальной и датчиков 2.1,2.2,.. генерируемых мощностей. Блок 3 задатчиков уставок состоит ич отдельных задатчиков 3.1,3.2,... уставок по перетокам мощности.

Множество выходов датчиков 2.1, 2.2,.... будем называть первым выходом блока 3 телеизмерений, а выход датчика 2.3 - вторым выходом этого блока. Аналогично множество выходов чадпгчиков 3.1.1, 3.1.2,...,3.2.1, 3.2.2 - будем называть выходом блока 3 эацатчиков уставок.

Управляющий блок 5 содержит блок 6 корректирующих фильтров 6.1,6.2,... и блок 7 формирования управляющих ноiдействий, у которого к входам присоединены выходы блока 2 телеизмерений и выход задатчика 3 уставок, а выход соединен с входом блока 6 корректирующих фильтров, выход которого является выходом управляющего блока в целом. Блок 7 формирования управляющих воздействий (фиг.2) вы- полней из материалов узлов энергосистемы 3.1,3.2,..., 8.К, имитаторов линий электропередачи 9.1,9.2,..., ...,9.1, количество которых определяется количеством узлов и линий электропередач энергосистемы, двух групп управляемых источников тока 10.1, 10.2,...,10.1, и 11.1,11.2,..., ...,11.1, количество которых в каждой группе равно количеству имитаторов 9 линии электропередач, группы резисторов 12.1, 12.2,...,12.к, количество которых равно количеству имитаторов 8 узлов энергосистемы, и группу упомянутых блоков моделирования 13.1,13.2,...,13.1, количество которых равно количеству имитаторов линии электропередач.

Каждый имитатор линий электроне- редач имеет два функциональных узла и два управляющих входа, а каждый имитатор узла энергосистемы имеет два функциональных входа, четыре управляющих входа и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока 7 формирования управляющих воздействий в целом. Первые управляющие входы всех имитаторов узлов энергосистемы образуют в совокупности первый вход этого блока, связанный с выходом блока 2 телеизмерений, вторые и третьи управляющие входы всех имитаторов - второй вход

Q

5

этого блока, соединенный с выходом блока 3 задатчиков уставок. Четвертые управляющие входы имитаторов узлов объединены и являются третьим входом этого блока, соединенным со вторым выходом блока 2 телеизмерений. Первые функциональные входы всех имитаторов узлов энергосистемы объединены. Каждый имитатор 9.1 линии электропередач соединен последовательно с управляемым источником тока 10.1 первой группы так, что блоки 9.1 и 10.1 образуют 1-ю последовательную цепочку. Эти цепочки и вторые функциональные выходы всех имитаторов узлов энергосистемы соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы: каждая линия электропередач имитируется одной из 1-х цепочек, а каждый узел энергосистемы имитируется одним из имитаторов З.К.

Управляемые источники тока 11.1 второй группы и интеграторы 12.К соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемьти узлами энергосистемы. Каждая пара управляемых источников тока 10.1 и 11.1, в которой один из них принадлежит первой группе, второй - второй группе, а оба соответствуют одной и той же имитируемой линии электропередач, подключена к одному из блоков моделирования 13.1 так, что его первый двухпроводный вход включен параллельно с управляемым источником тока 10.1 первой группы, второй двухпроводный вход - с управляемым источником тока 11.1 второй группы,первый выход блока моделирования 13.1 соединен с управляющим входом управляемого источника тока 10..1 первой группы, второй выход - с управляющим входом управляемого источника тока 11.1 второй группы.

Каждый имитатор узла электросистемы 8.1 (фиг.З) содержит включенные последоьательно между его функциональными входами ограничитель тока 14 с двумя управляющими входами и первый управляемый источник тока 15, параллельно которому включены последовательно соединенные усилитель 16 и резистор 17. Кроме того, параллельно первому управляемому источнику

ток; . 15 включен н горой управляемы; источник тока 13. Управляющие входы первого управляемого источника тока 15, ограничителя гока 14 и второго управляемого источника тока 13 являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым управляющими входами имитатора 3 в целом, а выход усилители 16 янляе гчя управляющим вы ходом имитатора Я в целом.

Каждый имитатор линии электропередач 9 (фиг.А) 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. i

Каждый ограничитель тока 9 и 14 (фиг.5) содержит диоды 19 и 20, ре- чисторы 21 и 22, угравляемые источники тика 23 и 24. Диоды 9 и 20 включены между функциональными входами ограничителя тока последовательно и в противоположных направлениях. Параллельно диоду 19 включены резистор 21 и управляемый источник тока 23, а параллельно диоду 20 включены резиг-

Q

1316

тор 22 и управляемый источник тока 24.

Прежде всего рассмотрим постановку задачи регулирования, решаемой предлагаемым устройством. Обозначим: V - управления;

Ргк - измеренные узловые мощности; ДЈ - отклонение частоты от номинального значения; SK - коэффициенты статизма наг

гк

AI

i

гк

рузки;

-узловые мощности, которые должны установиться после отработки управлений;

-перетоки мощности, которые должны установиться после отработки управлений;

-наименьшее и наибольшее значения узловых мощностей, задаваемые в блоке 3 задат- чиков уставок;

то же для перетоков мошнос-

ти;

разность фаз напряжений на концах линий электропередач;фазы узловых напряжений,

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - расширение ф н1 циональных возможностей путем регутиооизния частоты, увеличение бысг v IL гвчя и упрощение устройства, if решения задачи автоматического регулирования и i in i перетоков aj тивнои мощно, в устройстве имеется блек сЬормир -и ия управляющих воздеж г зим, ючаоьт i в себя имитаторы yjj с д icoror L ч и имитаторы линий эле тропередач i. В целом в указанном блоке, образуется электрическая цепь, являющаяся моделью энергосистемы и одновременно физической моделью задачи математического поограмьпровян т. В электрической цепи токи т1 с таким образом, - то минима ир,1р(нляющие воздействия и TI - ь т i онтро- лируемых величин т г т j, лИ i пзо- нов. При учитывается влияние отклонения сгтот от номт яльногб значения. 5 ил. S (Л

- Р,

Qi

А

- .

Задача заключается в сле минимизировать I при услов . L22 JL

(q;Q; + d;D.) +(hKVK

+ lX + А РЛк

гк Prt - + VK, K

Pr, J;P- PК-1

г

Vk О

VT гк

-,,

4 1 IИ

Р. р.

Л t ,

pj Р,; Р. РА

Рг РГК S РГК

Vп

Рг,/ Ргк

гк

r ;;

CD

(2)

(3)

(4)

Р. a-siniP;

Я; -dLM

Cf, 0

(10)

(11)

(12)

где - постоянный (при данных параметрах линии электропе- редачи и модулях напряжений

на ее концах) коэффициент, Р If, в зависимости от соединения к-го узла с i-й линией, электропередач и от направления перетока, принятого

за положительное; О , q(. J i Ьк, IK, mK - весовые

коэффициенты.

Эта задача совпадает с задачей,решаемой в прототипе, за исключением следующего. Во-первых, учитывается влияние отклонения частоты от номинального значения ДЈ (6), при восстановлении номинального значения частоты мощности каждой узловой нагрузки увеличивается на величину

Во-вторых, показатель качеs -Af.

ства дополнен последним членом с Cj . Первые два члена отражают требования минимизации управлений У„ и минимизации отклонений QJ, Dj , L, М контролируемых величин р

о г границ диапазонов

/ - «

.

А

гк

(13) (14)

ГГК -4 г ГК

Последний член в (5) означает требование минимизации фаз узловых напряжений (измеряемых относительно базового узла). Из дальнейшего будет ясно, что это требование не приводит к необходимости измерения этих фаз. Кроме того, величины рк могут быть взяты очень малыми, что сводит к минимуму влияние этого требования на результаты решения задачи.

Следуя прототипу (4) заменим выра АСНИЯ I - 4 на следующие:

Q; Р1; - Р - Q. 05)

Q; о, Qj io. Q. о, (16) D; Р - - D;, (17)

D; О, D; iO, D;D; - 0, (18) Ц РГК - РГК - Lj,(19)

LK5 0, , LKL K - 0, (20)

MK РГК - РГ К -

, , ly-lj 0.(22)

Итак, предлагаемое устройство решает задачу минимизации I при

(5) - (12), (15) - (22), (23

где данными являются Ргк , Р , A I Af и коэффициенты SK,

Вк; q; d; ч IK m«.

р

VT

10

15

20

25

30

По аналогии с прототипом решение задачи минимизации I методом неопределенных множителей Лагранжа сводится к решению системы уравнений и неравенств, отличающийся от системы (23) тем, что в ней выражение (5) заменяется следующими уравнениями:

G;+ - q;Q. X (3,; (Vk + + т„Мк - lkLK) 0, (24) ; a;CT;cos ; О,

-21М;+ °

-(

где G , | - неопределенные множители Лагранжа. Таким образом, задача регулирования сводится к решению системы уравнений и неравенств:

(6) - (12), (15) - (22), (24) - - (26)...(27)

Устройство функционирует следующим образом.

Из блока 2 телеизмерений на управляющие входы источников тока 17 поступают величины Prk, , устанавливая величину тока этих источников

(25)

(26)

ЬР„

(28)

гк Ч- где b - известный коэффициент.

Аналогично, из блока 3 задатчи- ков уставок на управляющие входы источников тока 23 и 24, входящих в состав ограничителя тока 9 и 14,поступают величины Рд| , , pr k , , устанавливая величину тока этих источников соответственно

5

i Ai

-ги

ЬР

А

ЬР

ift

VK t I гк ЬРщ

(29) (30)

Из датчика частоты 20 на управляющие входы всех источников тока 18.к поступает величина if,устанавливая величину тот:а этих источников

Ч ск&Ј- (30a)

Рассмотрим работу ограничителя тока 9, обозначив через IA; , 1R,;, Ij,,;, соответственно токи.проте- кающие через ограничитель 9, резисторы 21 и 22, диоды 19,20 (положительным будем считать направление от резистора 21 к резистору 72). Очевидно

Ц„ + Ь.,1 + л; .

т

«2,

+ Ь2; + г

1ГМ,0, I

: О

In,;60, I

R2

О

ттл ° IP9; °

Аналогично:

J

RU + ДЖ + 1гк + 1ук IR2k: + а + тг 5

(32)

LD1K

О

JplKb О 1Я2к ° IRiK I.D1K DSK

где luj, - ток к-го ограчиштеля тока 1Д.

Сравнивая (15) - (13) с (31) замечаем эквивалентность, этих соотношений при (29) и

- ЬР

ы

л.

-Ывс

si1, Q; bЈ«i; ,

D: ы.

(33)

-R2i

Аналогично мод-тго показать, что (19)-(22) - эквивалентно (37) при (30) и

I уи ЬРГ1 ,

kI;DU L к Т( К

I к.

К bID2K М К bIR2K

Величины Ргу; удовлетворяют шению (9) . Отсюда и игз (23) следует,

И S I

Кг|

гк

- 0.

И5)

Обозначим черея 0,, сопротивление, напряжениеи ток резистора 13. к. Очевидно,

V,, GK, 1ИК. (36)

У резисторе 21.1, соответствующего базовому узлу, сопротивление G 0 и поэтому напряжение на нем

V, 0.

(37)

Напряжение и j на i-м источнике тока 0 и напри/ten.

Д i H,J i -м ис

точнике тока ll.i подаются на входы i -го блока моделирования, который (как показано в прототипе) вырабатывает на своих выходах сигналы

х ( a J s i n Д.(

(36)

У а- еcos Д iit

(37)

Эти сигналы поступают на управляю- шие входы источника тока 10.1 и ll.i соответственно, устанавлияая величину токов этих источников

1Л; ba; sinД;, I; Ьа;е;соз Д;

(33) (39)

0

5

0

соотгетственно.

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

i

I,

ПК

-(Зк;1 ,

I

а

ХГК + Х Г-l; I-f,

рк; i

Лг I

IJK О,

п

Д; ZI V.

К 1

(40)

(41)

(42) (43) (44)

35 е, RrlTR2;- Ril XRb + «

+5 Мгк1Г1с + ).5)

40

k i

где , - ток, протекающий через к-и усилитель 16.

Следствием из (35),(41) и (43) является соотношение: и

к-1

тгк °.

а из (36) и (40) следует Р

.рк;т;

VR

(46)

(47)

50

Таким образом, при определенных

токах irK i|.K, I; K, ilK, т{;, i;.

в тлект зической цепи устанавливаются

5

ТОКИ I

гк

У Ifli 1(11 R2.I

1-R2K 1-П21 LRu

D2, -к,К

IPz.K и напряжения Д;, е, к, удовлетворяк-щие системе уравнений

(31), (32), (35), (37) - (39), (ц П - (45).(46)

Можно заметить, что системы уравнений (46) и (26) совпадают. Точнее, если в уравнениях системы (46) произвести замену переменных в соответ- ствии с (28), (30), (33), (34), и следующими соотношениями

1/2рк,

G

2Ч,7ь

; 4;

2d;/b,

R,K 2 U/bS г к 2hK/b2,

e; СГ; /b,

Ck - b- SK,(47)

, v к - срк,

J; Л; .

I „K bVK,

то образуется система (27) . Рассмотрим выражение У1 2

2- - О (48) К --1 u к

Условие (43) соответствует выше- отмеченному требованию о том, чтобы последний члеь показателя качества I имел незначительную величину относительно других слагаемых:

Из (43) и (36) следует, что (48) выполняется, если

Чк- °(49)

Покажем, что это условие выполняется. Из системы устройства следует, что

И

ик

0.

(50)

При достаточно больших Гц для (по сравнению с R и R)

1Ик °(51)

Из (50) и (51) следует, что

I и, & 0,(52)

несмотря на то, что G 0. Следовательно, имеет место (49) для всех значений К. Таким образом, качество регулирование не изменяется при замене интеграторов прототипа (4) резисторами с большим сопротивлением.

Итак, из (47) следует, что токи Т rv, усилителей 16 становятся пропорциональными искомым управляющим воздействиям v K, т.е. сигналы на выхо-. длх этих усилителей оказываются пропорциональными управлениям V. Эти сигналы подаются на входы блока корректирующих фильтров 6. Заметим,что

блок 6 выбирается известным в технике автомагического регулирования образом из соображений обеспечения необходимого качества динамического процесса регулирования (устойчивости,

быстродействия, величины перерегулирования) ,

Сигналы с выхода блока корректирующих фильтров 6 поступают через канал 4 в энергосистемы 1 для измене5 ния мощности регулирующих объектов. В результате этого меняются текущие значения регулируемых параметров энергосистемы. После следующего цикла измерения соответствующие теле0 сигналы вновь подаются на управляющие входы источников тока 15 и 18, Т результате чего образуется замкнутый контур системы регулирования.

25 Формул

изобретения

5

0

5

0

5

Устройство автоматического регулирования перетоков активной мощности в энс ргосистеме, содержащее блок телеизмерения регулируемых, параметров, состоящий из датчиков генерируемых мощностей, вход которого соединен с энергосистемой, а выход объединяет выходы датчиков генерируемых мощностей, блок задатчиков уставок,выход которого объединяет выходы задатчиков уставок, 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 корректируют . фильтров, выход которого является выходом управляющего блока в целом, блок формирования управляющих воздействий выполнен из имитаторов узлов -энергосистемы,количество которых равно количеству узлов энергосистемы, имитаторов линий электропередач, количество которых равно количеству линий электропередач эне; госистем,, первый и второй групп управляемых источников тока, количество которых в каждой группе равно количеству имитаторов линий электропередач, и блоков моделирования за- висимости перетоков активной мощности по линии электропередач от разнос

т и ф гл узловых напряжений, количество которых равно количеству имитаторов лилии электропередач, каждый им татоа линий электропередач и.- .ееч два функциональных и два управляющих входа, а каждый HMi-iiarop узла энерг осис темы имеет еие и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока формирования управ ляющих воздействий в целом, соединенный с входом блока корректирующих фильтров, 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 функциональный вхсды этих импта-.оров и первый и второй функциональные входы всех имитаторов гинич электропередач соединены между, собой аналогично соединению узлов имитируемых линии злек стпередач с имитируемыми узлами энергосистемы, последовательно с каждым имитатором линии электропередач включен один из управляемых источников тлка первой группы, причем каждая пара управляемых источников тока, в которой один m них принадлежит первой группе, другой - второй группе, а обе соответствуют одной и той же имитируемой линии электропередач, подключена к одному из упомянутых блоков моделирования, так что первый двухпроводным его вход включен параллельно с управляемым источником тока первой группы,второй двухпроводный его вход - с управляемым источником тока второй группы, первый его выход соединен с управляющим входом управляемого источника тока первой группы,в торой выход - с управляющим входом управляемого источника тока второй группы, каждый имитатор линии электропередач выполнен в виде включенного между его функциональными входами ограничителя тока с двумя управляющими входами, каждый имитатор узла энергосистемы содержит усилитель, резистор, управляемый источник тока и ограничитель тока с двумя управляющими входами, причем эчот ограничитель включен последовательно с управляемым источником тока ме/шу функ

15

0

JQ 5

0

5

0

5

0

5

ционалы-гымк входами ттого имитатора, о управляемый источник тока включен параллельно с последовательно соеди- .энными усилителем и резистором,каждый ограничитель тока содержит два управляемых источника тока, два диода и резлстора, причем диоды включень мзжду функциональными входами ограничителя то У а последовательно к. з противоположных направлениях,параллельно каждому дгоду включены один г.з резисторов и один из управляемых источников тока, при этом управляющие БХС .;.- ограничителя тока во всех нмитагсргх образуют в совокупности второй управляющий вход блОКР форi f-.f: Л ai-,-.f уПраВЛ/Л:;-,.. ,,,, :,: ,Н ;-1 В UCJ-OM, С о л-,г. ьй С .чоДО| -.К. Ка

аадатчико ус. : -: :i . : - .. паилягс- щие Bxc.i,Ji ore i..-.::-.. о - -i i.i . тор;г -iKV-vX r. cv, , :,с л . :i ii ; ..шчены к выходам °-.д ., чм;- ль /г.-. ; г по перетокам МОЩНО СО. к. Ч /ilV. .-и. .-ii-, Ц1 ВХОДЫ

ограничителей тс-к а имигй т ,па узла энергосистемь: по;:. к i; ,ходам задатч он уставок по 1-еН .)у.т-:ым мошчО ..т яч. о т .ч и -1 ,j к :; с i- с я 7: М, ч , . цо-г.:;(/ о. .jiiji jcr;,-:) функциональных возможностей путем г.егулнро- вания ч:.: ; от:;, уъ. л .. ::i:-. ... п-одё -- ствия и у:р. .-::;; .; . .:.:., в hero

j- истемы,

, Я ТЧНКОМ . ,

. ч: 1-е те мы ,н:7 очни-

I- ИСТОЧ- |.-Ь 3„ в- 1 „ЦУ СО- :ЦС- 3 ИМИ

: .: кми- i : т i фые иммтатовведены резкстот..- ког равно коли«-.Ј :. ; ; .i t o.-; . блок теленг(мерен.п .-. т отклонения Чс.стг ты :г ..-. г. . а каждый имиг,-.тор узлг: онер дополнен вторым управлязхгим ком тока, при упг--.-т. -. . ники тока второй гру-ль- .-. денные резисторы c,O:i.:-H : - 6oi, ан-злогкчно гсг-г.:-;.-:. ..;; , тируемых линий электр.:;. -p,j л. тируемыми узлами энерг -;..- управляемые -стсчч: км . : - pax узла энергосистемь; БЧЛКГЧРНЫ параллельно пер.-/V. у г . .;. 4V- .., :i л точилкам тока в этих им :: / т,п,-: , г.ав- ляемые входы в т с-гэ1-.-:-: уг:р;:. .чх источников тока нляю гся 4i .;:;-. :,;.VK управляющими входами со v. имитаторов узл:- Ч, объедичо ,, между СОбОИ, И ЯВ. T.-.i X ИМ

входом блока формиров ;-;:. . - -;;-го- ШИХ ТБИ;; , соеч ;- -;.,ih:M

выходе.-- (5j,o.Ka гелсизмер , -.лторым является BbiXOfl дополни го;;},,;- . нвеДеННСГС ДаГЧИК OVK.b.. 1Л i i - :.(. ( i i ТЫ

т номинальной.

ytwddawendifduj wag

I -rj 74 i -WN

(7-J

мэшэпэсгс/дне I

IDHDV

godiuqund

wtoMfdvLuudddoy wirgg

щошз& gounhuuvgDP uoirg

d

nugvuiok

nngwomgwg vrimowQvdu

6пнодоап vovg

wvg nn{nxHwgvdufc g

:eiscyi

IC1829I

Фиг 3. Имитатор узла энергосистемы

Р - i V Пч k -YЯ

м | 7.

Ai J

1т

фигА

Составитель К.Фотина Редактор В.Ковтун Техред Л.Олшшык Корректор С.Шекмар

Заказ 345Тираж 326Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1/„

20

,

R2

П

24

в

I

21

R2

23

Фиг 5