1
Изобретение относится к автомат ческому управлению протяженной электропередачей постоянного тока высокого напряжения,5
Известен способ управления линиями электропередач постоянного тока, основанный на том, что одну преобразовательную подстанцию регулируют на постоянство выпрямленного на- |Q пряжения, а другую - на постоянство тока 1.
Управление перетоком мощности при этом осуществляют изменением уставки тока подстанции, регулирую- 15 щей ток. При нормальной работе электропередачи преобразовательные подстанции работают в зарегулированном р.ежиме, при котором углы включения вентильных преобразователей 20 значительно больше минимально воз- можных. Поэтому способ является не оптимальным с энергетической точки зрения, так как приводит к недоиспользованию оборудования, увеличе- 25 нию потерь, и применяется при передаче небольших величин мощности.
Известен также способ управления линиями передачи постоянного тока, который состоит в том, что выпрями- 30
тельную и инверторную подстанции регулируют на постоянство заданного тока передачи, причем при отклонении тока передачи в сторону увеличения от установленной величины уменьшают напряжение отправного конца передачи путем увеличения углов запаздывания с мостов выпрямителя, а при отклонении тока в сторону уменьшения от установленного значения уменьшают напряжение приемного конца передачи путем увеличения углов опережения f, мостов инвертора 2.
Данный способ позволяет стабилизировать переток мощности в условиях работы подстанций с минимальными углами включения и обеспечивает оптимальный энергетический режим передачи и примыкающих .систем. Однако для управления iперетоком мощности способ требует нгшичия телесвязи между подстанциями для согласован ного изменения уставок тока регуляторов тока выпрямителя и инвертора.
При значительной протяженности передачи постоянного тока (ППТ) простая, надежная и точная телесвязь
становится неразрешимой технической проблемой, что приводит к необходимости сооружения линий дгшьней связи специально для обслуживания ППТ, которые существенно повышают суммарные затраты на строительство и эксплуатацию объекте.
Цель изобретения упрощенкг; системы режимного управления ППТ и повышение надежности управления.
Цель достигается тем, что при осуществлении способа управления режимов, электропередачи постоянного тока, содержащей выпрямите тьную и инверторную подстанции, путем измерения режимных параметров и регулирования напряжения одной преобразовательной подстанции на поддержание заданного значения тока, измеряют режимные параметры на второй преобразовательной подстанции и посредством регулирования ее напряжения поддерживают экстрема.пьяое значение контролируемой sejr- чины, фop -lиpyeмoЯ по измеренным параметрам.
При этом напряжение преобразовательной подстанции, на которой поддерживают экстремальное значение контролируемой величины, регул руют путем изменения уставки регулятора тока этой подстанции„Экстремальное значение контролируемой величины при осуществлении способа можно поддерживать на инверторной подстанции.
На фиг. 1 показаны статические характеристики ППТ, выпрямитезлькая подстанция которой регулируется на поддержание зaдa iнoгo значения тока; на фиг. 2й.- внешняя характеристика выпрямителя с отнесенной к нему линией при некотором произвольном значении уставки регулятора тока, имеющ,его конечный коэффициент усиления, с нанесенными на плоскость линиями равных значс1ний мощности и границами области uoiiycтимых режимов работы ППТ при экстрмизации мощности инвертора; нк. фиг, 26 - ан.алогичная характеристика при осуществлении регулирования в соответствии с пред-тагаег ым способом, показывающая, как деформируются границы области допустимых режимов при использовании целевой функции, формируемой по мощности и напряжению инвертора; на фи:: 3а внешняя характеристика выпряш1теля и линии целевой функции, формируемой в виде линейной комбинации тока и напряжения инвертора, в этом олучае область допустимых режимов распространяется на всю штоскость Приведенной внешней характеристики фиг. 36 - принцип формированир целевой функции по току инвертора и внутреннему параметру управляющего устройства инвертора.
Справа от оси ординат юказаны статические внешние характеристики выпря 1ительной подстанции регулируемой на постоянство тока 1 QI (характеристики 1, 2,, 3). Сопрстив ление линии постоянному току отнесено к выгфямителю, поэтому UOB UdLi .- Участок характеристик, определяемый регулятором тока, принят чисто вертикальным. Это может соответствовать случаю астатическогчо регулирования .
Слева от оси ординат построены характеристики инвертируемой мощности в функции напряжения инвертора -; () -s величины отложены в относительных единицах. За баисные единицы приняты параметры номинального режима„
du х -йч; уравнениями
(
Э - п , Т du ОЮ VB
F-dB- OoiU
(2i
R
где -ly, - уставка тока выпрямителя; -du ЭДС выпрямителя; р, - вьходное сопротивление выпрямителя постоянному току.
Первое уравнение соответстЕует работе выпрямителя в режиме источника тока, когда ток Id подщерживается равным уставке тока выпряг теляТ д.
Второе соответствует работе выпрямителя в режиме исгочвика напря ения, когда исчсзрпаны регулировочные возможности регулятора тока и угол включения преобразователей постоянен и равен установленному минимально -.у значению. Линии, соответствующие уравнениям (1) и (2), начинаясь на оси ординат в точках Uti,j 0; . пересекаются, когда напряжение инвертора становится таким, что выполняется условие
. R „
Как видно из графика, характеркс-ТИ5Ш мощности ППТ носят экстремальный характер при различных условиях на выпряг мтеле, отличгющихся величиной заданного значения тока и величиной располагаемой ЭДС (характе-ристики 1, 2, 3) .,
С точки предлагаемого способа важным является тот факт., что максимум инвертируемой моишости всякий раз достигается при токе передачи равным заданно «гу на выпрямителе в режиме работы последнего с минимальным углом включения, то есть при наивыолем возможном напркжении инвертора при заданном токе передачи,
Отсюда вытекает, что если поддерживать экстремальное значение инвертируемой мощности, воздействуя на углы включения инвертора, то тем самым автоматически поддерживается оптимальный режим работы ППТ с заданным током и наивысшим напряжением и беа помощи телесвязи между преобразовательными подстанциями. Для осуществления способа на инверторе достаточно установить экстремальный регулятор. Зона работы регулятора по изменению напряжения будет ограничиваться минимальным углом погасания и, если условия на ППТ таковы, что экстремальное значение мощности не может быть достигнуто вследствие указанного ограничения, то регулятор установит максимально возможное напряжение и выйдет из работы. Характеристики мощности ППТ могут быть построены для случая работы инвертора с регулятором тока (фиг. 1). Внешняя характеристика инвертора с регулятором тока имеет вид 4. Проекция точки излома характеристики 4.на ось Id дает значение уставки тока инвертора. Напряжение инвертора определяется точкой пересечения внешних характеристик подстанций (рабочей точкой). Изменяя уставку тока инвертора / меняя тем саг-шм положение рабочей точки на характеристике выпрямителя, можно, регулировать напряжение на шинах инвертора. Ставя в соответствие с получаемым значениям напряжения значения уставок IYU / перестргшваемую характеристику мощности в функции уставки тока инвертора - Рс1и(-) Максимум мощности этих характеристик соответствует такому значению уставки тока инвертора, при котором местом пересечения внешних характеристик подстанций становится точка излома внешней характеристики выпрямителя. Регулирование напряжения инвертора посредством задания уставки регулятора тока инвертора дает известные преимущества в аварийных ситуациях.
Так, внезапная посадка напряжения выпрямителя -при коротком замыкании в отправной системе или рри шунтировании моста выпрямителя не приводит к возникновению условий полного сброса . мощности (фиг. 1, переход от характеристики 1 к характеристике 3), как это имеет место при установке напряжения инвертора заданием угла включения.
При условии, что статический коэффициент усиления регулятора тока выпрямителя бесконечно велик, при люром токе, заданном на выпрями еле, существует строгое соответствие- между максимумом инвертируемой мощности и взаимным расположением характеристик концевых подстанций, особенностью которого является совпадение точек пересечения и излома. Однако при конечных значениях;коэффициента усиления регулятора тока выпрямителя указанная закономерность в области малых значений передаваемой мощности может нарушаться.
0 На фиг. 2а 1 -. внешняя характеристика выпрямителя с отнесенной к нему линией при некотором произвольном значении уставки регулятора тока, имеющего конечный коэффициент
5 усиленияjp 2 - линии равной мощ11,- ,д p j i cons-t ; 3 нести U(3u
ось симметрии линий равной мощности,
Очевидно, что если линии равной мощности касаются приведенной внешней характеристики выпрямителя в
0 точке ее излома, то вывод инвертора на максимум мощности обеспечивает режим работы ППТ с заданным током и минимальным углом включения выпрямителя. Посмотрим, могут ли
5 линии равной мощности касаться естественного или искусственного участков приведенной внешней характеристики- выпрямителя при произвольных значениях уставки и ЭДС выпря0мителя в предположении, что наклоны участков неизменны.
Обозначим наклон естественного участка к оси абсцисс через К
-.
()
5
К,
ат .
Наклон искусственного участка
обозначим через К
J 0(5)
0
Наклон касательной к линиям равной мощности в произвольной точке отвечает выражению
аи,. ,
5
йи Ми Се
-т I
did d
и принимает любые значения, в том числе Kg и Ки.
Геометрическим местом точек касания лИний равной мощности к искусственному участку внешней характеристики выпрямителя является прямая.
c.(7)
Геометрическим местом точек касания линий равной мощности к искусственному участку внешней характеристики выпрямителя является прямая
- .)
Геометрические места точек касания показаны на фиг. 2а лучами 4,5. Луч 4 соответствует выражению (7), луч 5 - выражению (8). В заштрихованных областях максимум мощности не совпадает с точкой излома внешней характеристики -выпрямителя,, соответствует точке пересечения искуственного участка с лучом 5 и естественного участка с лучом 4, Зашрихованные области приходятся на небольшие значения передаваемой мощности. Область, ограниченная лучом 4, соответствует крайне низким напряжениям передачи и находится вне пределов рабочих режимов . Но здесь нарушается однозначность между величиной тока и передаваемой мощностью,
Область, ограниченная лучом 5, при небольших коэффициентах усиления регулятора тока может рказаться в зоне рабочих токов ППТ, что недопустимо, так как заданное ;шачение тока поддерживается при.пониженном напряжении передачи.
Таким образом, область работы способа по естественным характеристикам мощности ППТ в общем случае является ограниченной.
С целью расширения области режимов работы предлагается поддерживать на инверторе максимум мощности при максимуме напряжения, фop /шруя контролируемую величину в виде суммы сигналов, пропорциональных мощности и напряжению инвертора;
()
где - контролируемая величина;
о - весовой коэффициент, имеющий размерность тока.
Линии равных значений контролируемой величины (9) в координатах тока и напряжения представляют собой соответствующие линии равной МО1ЦНОСТИ, сдвинутые по оси абсцисс влево на величину 1.
Если положить , где Д .-ц; установившееся значение наброса тока выпрямителя при коротком :-iaiv«кании на. выводах инвертора (см, фиг. 26), то область- малых токов, где нарушается соответствие максимум контролируемой величины и точкой излома приведенной BHeiiiней характеристики выпрямителя,переместится по вертикали в область повышенных напряжений передачи, а область пониженных напряжений при этом увеличится незначительно (на величину /К /-ilKi
Достигаемый эффект иллюстрирует фиг, 26, где 1 - внешняя характеритика выпрямителя; 2 - линии равных значений контролируемой величины со
1) 1- -СР; const
V vie
3 - ось симметрии линий равных значений контролируемой величины; 4 нижняя граница допустимых режимов; 5 - верхняя граница допустимых режимов .
Таким образом, контролируемая величина 9 позволяет установить оптимальный режи1ч передачи во всем диапазоне рабочих токов. Эта же контролируемая величина может быть использована для оптимизации режима работы ППТ в случае безинерционного регулирования выпрямителя на. постоянство передаваемой мощности, поскольку участок внешней характеристики выпрямителя,, определяемый регулятором мощности, представляет собой лини,ю равной мощности, которая будет пересекаться более пологимн линиями равных .значений контролируемой величины 9, Причем значение контролируемой величины при движении по линии равной мощности к точке излсма вне1иней характеристики возрастает, В контролируемую величину по выражению 9 входит мощность, подводимая к инвертору. Значение мощности получают, перемно.«ая тем или иным способом сигналы датчиков напряжения и тока линии Нелинейная операция перемножения двух величин делает зависимой форму экстремальной холма от режима ППТ по установке тока и ЭДС выпрямителя (фиг, 1), что осложняет работу экстремального регулятора, а при отсутствии адаптация приводит к потере качества.
С целью упрощения формирования контролируемой величины и облегчения условий работы экстремального, регулятора предлагается поддерживать на инверторе максимум тока пр максимуме напряжения, формируя конролируемую величину в виде суммы сигналов пропорциональных току и напряжению инвертора
(10)
-.
ср - контролируемая величина;
где
К-,К,, - весовые коэффициенты. U
одновременно переводящие величины IQ , UcJu и сигналы- одной размерности .
Замена произведения линейной операцией суммирования делает наклон линий равных значений контролируемой величины постоянным на всей плоскости ()( как показано на фиг. За,
где 1,1, l - характеристики выпрямителя при произвольных значениях уставки и ЭДС выпpя итeл я 1,2 - линии равных значений контролируемой величины, по выражению (10) для частного случая U 1. Поэтому при выполнении условия
()
и
где значения Kg, К и беру ся по выражениям 4, 5, ма1ссимум суммы достигается в точке излома приведенной внешней характеристики выпрямителя независимо от режима по уставке тока и ЭДС выпрямителя. В контролируемую величину по выражению (10) входит напряжение постоянного тока, измерение которого представляет определенные трудности и требует наличия высоковольтного датчика напряжения постоянного тока.
С целью дальнейшего упрощения системы за счет отказа от измерения напряжения постоянного тока инвертора предлагается поддерживать на инйерторе экстремальное значение такойконтролируемой величины, положение экстремума которой совпадает с положением экстремума суммы напряжения, и тока инвертора, а саму контролируемую величину формировать по параметрам, косвенно характеризующим режим инвертора по напряжению или по напряжению и току.
Указанная контролируемая величина может быть записана в виде следующей функции
(2)
du
где V - параметр, характеризующий режим работы инвертора ;
К ,Ку - коэффициенты пропорциональности одновременно переводящие величины loiu в сигнал одной размерности.
Параметром V , характеризующим режим работы инвертора, в выражении (12) может быть угол опережения, зажигания (р) , угол погасания (С) , управляющее воздействие на угол включения инвертора, то есть уставка fj или сг, уставка тока инвертора ly , величина рассогласования регулятора тока (Ido -lyu) и т.д. Идейная сторона формирования контролируемой величины по, выражению (12) заключается в том, что приращение тока ППТ при изменении управляющего воздействия на угол включения инвертора на одну и ту же величину различно на разных участках внешней характеристики выпрямителя на естественном участке оно больше, на искусственном меньше, и градиент .контролируемой величины по параметру, который имеет следующий вид
5L-K к 03) I -д
при некоторых соотношениях весовых коэффициентов К, Ку изменяли знак при переходе с одного на другой участок внешней характеристики выпрямителя.
Реальные внешние характеристики выпрямительной подст-анции имеют весьма небольшую переходную зону между естественным и искусственным участкамИу по углу включения составляющую (0-10) эл,град.
Если предположить,.что ° для естественного участка не менее некоторой величины А:
А,((0 fft
а для искусственного участка не более величины В:
(IV)
fc,H5)
Vъv/I
го соотношение между весовыми коэффициентами Kj, Ку, при котором контролируемая величина становится унимодальной функцией соответствует выраже НИК):
Ь(6)
25
Рассмотрим следующий конкретный пример. Пусть управление углами включения преобразовательных ПЬдстанций производится по арккосинусному закону. На инверторе установлены регулятор тока и регулятор угла погасания компенсирующего типа, взаимодействующие между собой по принципу суммирования сигналов, Экстремальный регулятор воздейству-ет на напряжение инвертора посредством регулятора тока инвертора, уставку которого он вырабатывает. При принятых допущениях все участи статических внешних характеристик выпрямителя и инвертора в области нормальных режимов линейны и имеют вид, как показано на фиг. 36, где 1 - приведенная внешняя характаристика выпрямителя; . б - Енешняя характеристика инвертора при фиксированном уставке тока инвертора).
Если построить зависи лость тока передачи Icj от управляющего воздействия экстремального регулятора уставки IYU , то для принятых на фиг, 36 соотношений предельных напряжений подстанций зависимость имеет вид, показанный ломанной 7. Причем точка излома зависимостиТса(Ivu) соответствует такому значению уставки тока инвертора, при котором
точкой пересечения вноиних характеристик подстанций является точка излома характеристики выпрямителя. Если из зависимости 7 вычесть величину, прямо пропорциональную значению уставки тока инвертора (управляющему воздействию экстремального регулятора), показанную лучом 8;, такую, что
)
(Мй
.
где Ку-.коэффициент пропорциональности, то получим статическую уномодальную зависимость 9, максимум которой совпадает с точкой излома характеристики 7. Поскольку для наличия экстремума функции Р (.Г необходимы только градиентные соотношения (17), соответствие максимума функции точке излома внешней характеристики выпрямителя имеет место при произвольных значениях уставки тока и ЭДС выпрямителя, пока приведенная внешняя характеристика выпрямителя (точнее точка ее излома) находится ниже участка характеристики инвертора, опреде.пяе мого регулятором угла погасания, то есть в зоне работы экстремального регулятора.
Таким образом, в качестве контролируемой величины на инверторе может быть взята величина
а-ЧЦца)
где Ку - коэффициент, удовлетворяющий соотношению (17), : Как видно из (18), структура этого выражения соответствует обmeNsy ВИД, контролируемой величины в соответствии с выражением (12),
Развивая данный пригиер, покажем что в качестве параметра v характеризующего режим инвертора, может быть взято управляющее воздействие регулятора тока на- угол включенкя
la-i
инвертора, которое вырабатывается в соответствии с законом
Г Ч и- амИ19) Формула изобретения
1,Способ управления режимом электропередачи постоянного тока, содержащей выпрягчштельную и инверторную подстанции, путем измерения релшмных параметров и регулирования напряжений одной преобразовательной подстанции на поддержание заданного значения тока, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности управления, измеряют режимные параметры на второй преобразовательной подстанции и посредством регулирования ее напряжения поддерживают экстрема.пьное значение контролируемой, величины, формируемой по измеренр1ым параметрам о
2,Способ поп, 1, отличающийся тем, что -напряжение преобразовательной подстанции, на которой поддерживают экстремальное значение контролируемой величины, регулируют путем изменения уставки регулятора тока этой подстанции.
3,Способ по пп, 1 и 2, о т л ичающийся тем, что экстремалное значение контролируемой величины поддерживают на инверторной подстанции ,
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1, Акцептованная заявка Японии № 35734/72, кл, 56 С 2, 1972.
2с Основные технические проблемы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения. Ред. Стукачев А.В. Серия ЭлектроМ., 1971,
техника и энергетика уЭиК/5 .«MiLL
IfdMxiz
rd 05 r фи,г.г 0
