УСТРОЙСТВО для РАСЧЕТОВ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХСЕТЕЙ Советский патент 1972 года по МПК G06G7/63 

Изобретение относится к области вычислительной техники в частности к специализированным вычислительным машинам для энергетики.

При проектировании и в процессе эксплуатации энергосистем часто возникает задача расчета потокораспределения активных и реактивных мощностей в сетях энергосистемы. Эта задача может быть самостоятельной, или являться составной частью таких задач, как расчет статической и динамической устойчивости, оптимизация режима по активной мощности и напряжениям и выбор установок устройств автоматики и т. д. Для решения этой задачи широко используются как универсальные ЦВМ, так и специализированные вычислительные устройства. Последние имеют преимущества в отношении скорости выполнения расчетов, так как они лучше приспособлены для ввода исходных данных, и позволяют быстро просматривать массу вариантов.

Известны устройства для моделирования режимов энергосистем, построенные на базе стандартных блоков аналоговой вычислительной техники. Их недостатком является большой объем оборудования.

тематические электронные модели генераторов и станций. Физическая модель сети работает на переменном токе. Для представления в модели линий, трансформаторов и нагрузок используются схемы, содержащие резисторы, конденсаторы и катущки индуктивности.

Для моделирования произвольной сети эти элементы выполнены в виде магазинов сопротивлений, емкостей и индуктивностей. Однако изготовление .магазинов калиброванных реактивных сопротивлений трудоемко. Кроме того, эти устройства имеют меньшую точность по сравнению с устройствами, работающими на постоянном токе.

В предлагаемом устройстве эти недостатки устранены. Сокращение объема оборудования и повышения точности в этом устройстве достигается благодаря использованию моделей сети на постоянном токе и переходу в уравнениях, описывающих режим сети, от линейных величин к узловым величинам. В основу моделирования положены следующие уравнения.

/i - i iiA.(1)

/i - вектор тока в i-ом узле сети; Si - комплексная мощность в i-ом узле; Yik - комплексная проводимость ветви между узлами i и /С; / - сопряженное значение вектора тока. Собственные проводимости узлов Уц образуются суммированием проводимостей всех ветвей сети, примыкающих к узлу i. Для сокращения записи уравнение (1) можно представить в матричной форме i-YU.(la) Все комплексные величины разложим на действительные и мнимые составляющие U, U,, + IU,, Jl -Jal + Si Pl + iQi,I tt elk - Ibik- ) Применяя эти обозначения в уравнениях (1) и (2), получим матричные уравнения для составляющих токов в узлах ia uUa + bUp (4а) Ip--bU -gUp (46), а также систему уравнений для узловых мощкостейPi U,i,,-U, (5а) ./+.iV (56) Кроме того, во многих случаях при расчетах необходимо иметь в модели в удобной форме все физические величины, характеризующие режим сети. Поэтому вводятся также дополнительные переменные Ui - модуль напряжения в узле сети; 6i - фазовый угол вектора напряжения в узле t относительно вектора напряжения в узле, принятом за оазисный. Эти дополнительные переменные связаны с представлением вектора напряжения в полярных координатах. Соотношение между ними и переменными в прямоугольной системе координат определяется формулами преобразования координат |/y i jcos8i, (6а) Upi . (66) Уравнения (4), (5) и (6) положены в основу моделирования. Схема предлагаемого устройства содержит четыре модели постоянного тока, выходы которых попарно подаются на сумматоры; эти модели вместе с сумматорами образуют токовую модель сети, с помощью которой рассчитывается режим сети переменного тока пото.ам и напряжениям в узлах. Выходы токовой модели подключены ко входам узловых датчиков мощности, при помощи которых рассчитывается релсим сети по мощности. Выходы датчиков мощности подключены ко входам усилителей-интеграторов, которые играют роль следящих систем и с помощью которых устанавливается режим, соответствующий заданным условиям. Выходы усилителей-интеграторов подключены через преобразователи координат ко входам токовой модели сети (ко входам четырех моделей постоянного тока). На фиг. 1 показана общая структурная схема аналогового вычислительного устройства; на фиг. 2 - датчик мощности узла; на фиг. 3 - преобразователь координат узла. На фиг. 1-3 обозначено; 1-4 - модели сети, 5, 6 - сумматоры токовой модели сети, 7, 8 - преобразователи тока в иапряжение, 9-12 - блоки перемножения датчика мощности узла, 13, 14 - сумматоры датчика мощности узла, 15 - нелинейный блок, реализующий косинусоидальную функцию, 16 - нелинейный блок, реализующий синусоидальную функцию, 1/, 18 - блоки перемножения преобразователя координат, 19 - токовая модель сети, 20-22 - преобразователи координат узла, 23-25 - датчики мощности узла, 26-31 - операционные усилители. Токовая модель 19 сети служит для воспроизведения уравнений (4). В соответствии с четырьмя операциями умножения матррщы на столбец в схеме содержится четыре модели (1-4). Все модели повторяют конфигурацию сети энергосистемы, выполнены на резисторах и являются моделями на постоянном токе. Нроводимости ветвей моделей пропорциональны соответственно величинам g и Ь моделируемых линий. Выходы первой и второй моделей подключены ко входу сумматора 5, выходы третьей и четвертой моделей - ко входу сумматора 6. Сумматоры 5 а 6 выполняют операции алгебраического сложения. Датчики мощности узла реализуют уравнения (5). Преобразователи тока в напряжение 7 и S построены на стандартных операционных усилителях. Каждый блок перемножения 9-12 датчика мощности узла служит для выполнения одной операции перемножения двух переменных величин, входящих в уравнение (5). Выходы блоков перемножения (могут быть использованы стандартные блоки для универсальных аналоговых мащин) подключены ко входам сумматоров 13 и 14, которые выполняют операцию алгебраического суммирования. Преобразователи координат реализуют уравнения (6). Они имеют два входа Ui и бг и два выхода Uai и Upi. Преобразователь координат узла содержит синус-косинусные блоки 15, 16 и блоки перемножения 17 и 18, в качестве которых могут быть использованы стандартные схемы аналоговой вычислительной техники.

IP. la. IP,. 1а„ , 1р„. Каждому узлу сети в устройстве соответствуют канал, содержащий датчик мощности, два операционных усилителя и преобразователь координат. Например, первый канал содержит датчик мощности 23, ко входам которого подключены выходы {Уд, и Up преобразователя координат 20, а также выходы la и 1 токовой модели сети 19. Выходы датчика 23 подключены к двум операционным усилителям 26 и 27, включенным по схеме интегратора. Каждый усилитель имеет по одному дополнительному входу PI и Q. Они соединены с блоком задания исходных данных (на фиг. 1 не показан).

Выходы 6i и Ui усилителей 26 и 27 соединены со входом преобразователя координат 20. Остальные каналы схемы построены аналогично.

Схема работает следующим образом.

Для каждого узла задается значение активной мощности Р и реактивной мощности Qf. Величины мощностей Pj и Qj, получающиеся на выходе датчиков мощности, сравниваются с заданными значениями, и в зависимости от величины рассогласования на выходах усилителей интеграторов 26-31 накапливаются те или иные величины модуля напряжения Ui и фазового угла (ц. Параметры вектора напряжения , представленного в полярных координатах, преобразуются в прямоугольные координаты Uai-jfjpi с номощью преобразователей 20 и 22.

На вход токовой модели сети задаются значения активной и реактивной составляющих вектора напряжения каждого узла, а на выходе токовой модели в соответствии с уравнениями (4) образуются значения активных и реактивных составляющих узловых токов.

Затем в датчиках мощности 23-25 в соответствии с уравнениями (5) формируются величины активной и реактивной мощности узла Рг и Qi, переходный процесс в устройстве протекает до тех пор, пока значения мощностей Pi и Qi не станут равны заданным величинам Pf Qi. После выполнения условий Pi Pf; Qi Qf величина рассогласования на входах усилителей интеграторов 26-31 становится равной нулю; напряжения на выходах интеграторов остаются постоянными и соответствуют параметрам Ui и б; искомого релсима сети.

Схема, показанная на фиг. 1, относится к случаю, когда режим системы задается путем задания в каждом узле активной и реактивной мощности Р; и Qi. Возможны и другие способы задания режима отдельных узлов сети:

а)задание вектора напряжения Ui;

(не содержат источников энергии и подключенных нагрузок, а являются просто точками, в которых сходятся несколько линий) для таких узлов Pj 0, .

Все случаи могут быть реализованы в схеме, показанной на фиг. 1, так как она наиболее общая. Остальные варианты образуются как частные случаи путем ее упрощения. Наличие в устройстве моделей, повторяющих конфигурацию сети, позволяет сократить объем оборудования и повысить удобство моделирования, в частности позволяет легко моделировать отключение линий и другие коммутационные операции.

Устройство может быть самостоятельным и выполнять функции автоматизированного стола переменного тока для расчета режимов сети энергосистемы. Оно может входить как составная часть в специализированные мащины, предназначенные для расчета статической и динамической устойчивости или для оптимизации режимов энергосистем. Устройство может входить также в аналого-цифровой комплекс, рещающий энергетическую задачу, в которую входит расчет режима сети энергосистемы.

Устройство предназначено для расчета режимов сетей кв. Объем устройства возрастает с ростом объема моделируемой

сети. При сети большого объекта целесообразно предварительно упростить ее схему методом эквивалентных преобразований.

Устройство может быть применено в проектных, исследовательских организациях и

на вычислительных центрах диспетчерских управлений энергосистем.

Предмет изобретения

Устройство для расчетов режимов электрических сетей, содержащее модели сети, повторяющие конфигурацию сетей энергосистемы, преобразователи тока в напряжение, операционные усилители, блоки умножения, датчик мощности узла и преобразователь координат узла, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, повыщения его точности и надежности, в нем датчик мощности узла выполнен в виде двух преобразователей

тока в напряжение, причем выходы одного преобразователя соединены со входами двух блоков умножения, а выходы другого преобразователя тока в напряжение соединены со входами двух других блоков перемножения,

выходы блоков перемножения соединены попарно со входами двух сумматоров датчика мощности узла, а выходы моделей сети соединены попарно с двумя сумматорами, выходы которых подключены к первым двум

входам трех датчиков мощности узла, каждый из двух выходов которых через интегратор соединен с преобразователем координат узла, выходы которых подключены ко входам моделей сети и ко вторым двум входам Upi Jfii Jpi