УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ п-ПРОВОДНОЙ НЕСИММЕТРИЧНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Советский патент 1974 года по МПК G06G7/62 

1

Изобретение относится к аналогово-вычислительной технике и может быть применено для исследования работы несимметричных высоковольтных линий и вопросов, связанных с релейной защитой этих линий.

Известны устройства для моделирования воздушных высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) с помощью цепочечной модели, состоящей из некоторого количества ячеек.

Каждая ячейка, являющаяся П-образным многополюсником, моделирует участок линии, максимальная длина которого определяется специальным расчетом. Ячейка состоит из катушек индуктивности, взаимоиндуктивности (трансформаторов), активных сопротивлений и емкостей. При необходимости моделирования линии, длина которой превышает максимально допустимую длину, эквивалентируемую одной ячейкой, модель составляется из нескольких цепочечно соединенных ячеек.

Основное затруднение, встречающееся цри моделировании несимметричной п-проводной ВЛ, заключается в сложности практической реализации системы взаимных продольных сопротивлений с учетом влияния земли с конечной проводимостью. В этом случае п-проводная ВЛ изображается с помощью 2 п цепочек RLC (п цепочек - провода ВЛ и п цепочек, отображающих влияние земли), связанных друг с другом катушками взаимоиндуктивности, минимальное число которых равно . При этом величина взаимоиндуктивности может зависеть от частоты.

Как правило, моделирование реальных ВЛ

производится при упрощающем предположении, что линия является симметричной. Такое упрощение в значительной степени облегчает построение модели, давая возможность строить ее без катушек взаимоиндуктивности

и учитывать влияние земли включением цепочки RL в обратный (г+1)-ый провод (шину нулевого потенциала). Однако при моделировании резко асимметричных ВЛ (например, с горизонтальным расположением проводов)

напряжением 330 кв и выше такое упрощение может привести к значительным погрешностям.

Цель изобретения - повышение точности моделирования и расширение рабочего диапазона частот утройства.

Для этого предлагаемое устройство содержит блоки преобразования, выполненные в виде /г-групп трансформаторов по п трансформаторов в каждой группе, причем первичные

обмотки трансформаторов в каждой группе первого блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствующим входам устройства и к шине нулевого потенциала, а вторичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к входам моделей однопроводных линий И к шине нулевого потенциала, при этом вторичные обмотки трансформаторов в каждой группе второго блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствующим выходам устройства и к шипе пулевого потенциала, а первичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к выходам моделей однопроводных линий и к шипе нулевого потенциала. В основу построения предлагаемого устройства положен известный метод разложения системы напряжений и токов проводов несимметричной ВЛ на систему независимых модальных (волновых) составляющих. Известно, что однородный участок несимметричной д-проводной ВЛ может быть описан матричным уравнением типа А где f/ и / - столбцевые матрицы я-го порядка напряжений и токов проводов ВЛ; Л - квадратная матрица 2 п-го порядка, связывающая напряжения и токи проводов в начале и конце ВЛ. Известно также, что матрица Л может быть представлена в виде A N.A,,)XN- где N -квазидиагональная матрица 2 п-то порядка, блоки которой К и ( являются квадратными матрицами п-го порядка; Л(8) - квадратная матрица 2 п-го порядка, блоки которой Ли(8),.. , Л22(в) являются диагональными матрицами я-го порядка. Матрица N описывает (2 n+l)-полюсный идеальный преобразователь системы напряжений и токов проводов в систему модальных напряжений и токов. Матрица К является матрицей собственных векторов произведения матрицы Z продольных погонных сопротивлений реальной ВЛ на матрицу Y поперечных погонных проводимостей этой линии. Матрица ) описывает систему п не связанных одна с другой однопроводных линий с общим идеальным обратным проводом, погонные продольные сопротивления и поперечные проводимости которых равны соответствующим элементам диагональных матриц Z(,) -iZ(X-i) и Г(,))/П.(3) Таким образом, реальная /г-проводная несимметричная ВЛ может быть представлена в виде цепочечного соединения (2 «+1)-полюспика N, п однопроводных линий с общим идеальным обратным проводом и (2 «-|-l)-noлюспика . Схема предлагаемого устройства для моделирования несимметричной ВЛ -представлена на фиг. 1, где Л, N- - многополюсники (блоки преобразования); - IN- 1лг-1 Zb(l), y(l),.. .,Zb(n)y(n) - четырехполюсники (модели однопроводной линии); - 2i-2п 3 - общий обратный провод (шина нулевого потенциала). Расчеты, произведенные на ЭВМ, показывают, что в диапазоне частот до 5-10 кгц практически для всех типов ВЛ, а в диапазоне частот до 500-1000 кгц для всех трехпроводных ВЛ, элементы матриц К близки к действительным числам и относительно мало зависят от частоты и удельного сопротивления земли. Если элементы матрицы К чисто действительные величины, то схема блока преобразования N (и N-) может быть представлена в виде п последовательно-параллельно соединенных идеальных трансформаторов, как показано на фиг. 2. Идентичность блока преобразования по схеме фиг. 2 и многополюсника N, следует из того, что для обоих справедливы одни и те же матричные уравнения, преобразующие систему напряжений и токов ВЛ в систему модальных напряжений и токов и обратно, f/(.) /г(.-1)/С.)(4) Коэффициент трансформации идеального трансформатора nki по схеме фиг. 2 равен значению /(г-того элемента матрицы К. Схема блока преобразования IN идентична схеме блока преобразования Ijv при обратном направлении передачи сигнала. Для схемы фиг. 2 могут быть использованы реальные трансформаторы с достаточно малыми потерями, рассеянием, межвитковой и межобмоточной емкостями и достаточно большой индуктивностью обмоток. Моделирование однопроводных линий, соответствующих независимым модам распространения сигнала между концами несимметричной ВЛ, осуществляется цепочкой П-образных ячеек (на схеме фиг. 1 это четырехполюсники Z) - 2i-H2n. Схема ячеек представлена на фиг. 3. Набор параллельных цепочек 4- в одной ячейке не превышает трех и необходим для получения заданной зависимости продольного сопротивления от частоты. Обратный провод принимается общим для всех однопроводных линий и соединяет «земляные зажимы многополюсников Ijv и IN и имитируется проводником с достаточно малым сопротивлением. При включении предлагаемого устройства между некоторым источником э.д.с. с одной, например левой, стороны, и нагрузкой с другой (правой) стороны, напряжения и токи на входе устройства, равные напряжениям и токам реальной В Л при заданных граничных условиях, трансформируются в соответствии со специальпо выбранными коэффициентами

трансформации трансформаторов и обуславливают модальные напряжения и токи на входах моделей однопроводных линий. Так, например, напряжение t/i первой моды оказывается равным

и, «„f/i + +

второй моды

6(2) + + и т. д.

Напряжение и ток от входа каждой модели однопроводной линии передаются через схему этой модели к ее выходу, изменяясь по фазе и величине, так же как они изменялись бы в моделируемой однопроводной ВЛ с определенными в соответствии с формулой (3) первичными параметрами.

Здесь эти напряжения и токи трансформируются во втором блоке преобразования и обуславливают напряжения и токи на выходе устройства, равные напряжениям и токам реальной ВЛ при заданных граничных условиях.

Так, например, ток первого провода ВЛ оказывается равным

/J л11/(1) + /Z2,/(2) + «„/(3); ток второго провода

2 fllJm -Ь ) + )

И т. д.

предлагаемое устройство может быть использовано при моделировании несимметричных ВЛ напряжением 330 кв и выше, необходимом для исследования вопросов, связанных

с релейной защитой этих линии, при моделировании передачи постоянного тока 800 и 1500 кв для исследования работы этих передач и т. д.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования п-проводной несимметричной линии электропередачи, содержащее модели однопроводных линий, соединенных с щиной нулевого потенциала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования и расширения рабочего диапазона частот устройства, оно содержит блоки преобразования, выполненные в виде д-групп трансформаторов по п трансформаторов в каждой группе, причем первичные обмотки трансформаторов в каждой группе первого блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствующим входам устройства и к шине нулевого потенциала, а вторичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к входам моделей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала, вторичные обмотки трансформаторов в каждой группе второго блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствующим выходам устройства и к шине нулевого потенциала, а первичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к выходам моделей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала.

0

:0