1
Изобретение относится к автоматическому управлению протяженной линией электропередачи постоянного тока (ППТ).„
Известны системы регулирования ППТ с рег-уляторами тока на приемном и передающем концах и жестким заданием уставок тока, обеспечивающие стабилизацию режима передачи по току (мощности) в условиях работы подстанций с минимальными углами включения, при которых достигаются наилучшие энергетические показатели ППТ. Жесткое задание уставок требует наличияточной и надежной телесвязи между подстанциями. При значительной протяженности ППТ осуществление телесвязи подстанций становится трудной технической проблемой и связано со значительными капитальными и эксплуатационными расходаг да (11 .
Известна также система регулирования ППТ, включающая в себя самонастраивающийся регулятор максимальной мощности, установленный на инверторе, содержащий формирова ель целевой функции, выполненный в виде датчика мощности, включенный на его выходе автоматический оптимизатор
и блок стабилизации тока с элементом сравнения на входе, усилителем рассогласования и дискриминатором знака управляющего воздействия на выходе. Токовый вход формирователя целевой функции связан с токовым входом элемента сравнения блока стабилизации тока и токовым входом регулятора. Один выход дискриминато10ра знака блока стабилизации тока соединен со вторым входом автоматического оптимизатора. Второй выход дискриминатора является выходом регулятора 2. Эта система не требу15ет наличия телесвязи между подстанциями и вместе с тем обеспечивает работу передачи с током, заданным на выпрямителе, наивысшим возможным напряжением линии при любых текуищх
20 соотнощениях напряжений примыкающих систем переменного тока. Эффект достигается за счет того, что регулятор максимальной мощности для установления требуемого режима работы
25 ППТ использует тот факт, что максимум инвертируемой мощности достигается при токе передачи,Jравном уставке регулятора тока выпрямителя, минимальном угле ; включения одной из подстанций (выпрямителя или
30
инвертора в зависимости от установившегося соотношения напряжений приемной и передающей систем).
Однако использование мощности в качестве критерия управления связано с измерением напряжения постоянного тока ППТ, что требует специальной установки в системе высоковольтного датчика напряжения. Операция вычисления мощности (умножение) сложна Б исполн.ении и делает зависимой форму экстремального холма {градиентов ветвей) от режима работы ППТ, что осложняет работу регулятора и требует при сохранении качества процессов управления усложнение регулятора за счет придания ему адаптивных свойств. В режимах отсутствия экстремума мощности второй контур управления, действующий ко второму входу оптимизации, не обеспечивает надежный переход системы через точку пересечения естественных участков внешних характеристик подстанций, либо приводит к противоборству контуров управления в режимах с наличием экстремума, следствием чего является ухудшение качества работы регулятора в окрестности экстремума. К тому же второй контур создает опасность ложной работы регулятора при кратковременных изменениях тока в аварийных ситуациях, например, при шунтировании мостов на инверторе, что приводит к проблеме фильтрации.
Цель настоящего изобретения - упрощение устройства за счет отказа от измерения напряжения, повышение надежности и помехоустойчивости управления .
Цель достигается тем, что в регуляторе преобразовательной подстанции передаче постоянного тока, содержащем формирователь целевой функции, вход которого подсоединен к входному зажиму регулятора, а к выводу которого подсоединен автоматический оптимизатор, выход которого подсоединен ко входу блока стабилизации тока, содержащего элемент сравнения и дискриминатор знака с усилителями, причем входы элемента сравнения подсоединены: один - к входному зажиму формирователя целевой функции, а второй - к входному зажиму блока стабилизации, выход элемента сравнения подсоединен ко входу дискриминатора знака, а выход одного из усилителей подсоединен к выводному зажиму регулятора, формирователь целевой функции выполнен в виде сумматора, ко входам которого подсоединены входы вновь введенных элементов весовых коэффициентов суммирования, причем входы двух элементов весовых коэффициентов суммирования подсоединены к выводам соответствующих усилителей блока стабилизации, а
вход третьего блока подсоединен к входному зажиму регулятора.
На фиг. 1 представлена структурная схема регулятора тока инвертора передачи постоянного тока; на фиг. 2 - диаграммы внешних характеристик подстанций ППТ в различных режимах работы передачи.
Регулятор содержит формирователь 1 целевой функции, автоматический оптимизатор 2, включенный на его выходе, и блок 3 стабилизации тока, включенный на выходе автоматического оптимизатора. Блок 3 стабилизации тока представляет собой обычный регулятор тока инвертора, включающий в себя элемент 4 сравнения,вход уставки которого соединен с выходом автоматического оптимизатора 2, а токовый вход связан с токовым входом формирователя 1 целевой функции, образуя вход регулятора, и дискриминатор 5 знака с усилителями 6 и 7, выполняющий функции усилителя рассогласования и дискриминатора знака управляющего воздействия.
Формирователь 1 целевой функции представляет собой в простейшем случае сумматор 8, входы которого через элементы весовых коэффициентов суммирования К, Kj, К, связаны соответственно с токовым входом элемента 4 сравнения и выходами усилителей 6 и 7 дискриминатора 5.
Регулятор работает следующим образом.
Па вход регулятора, являюш йся одновременно входом формирователя 1 целевой функции и одним из входов блока 3 стабилизации тока, поступает сигнал тока инвертора Tic,. Наиболее быстродействующей часть регулятора является блок 3 стабилизации тока, где сигнал тока инвертора сравнивается с уставкой Ту , и в зависимости от знака рассогласования появляется сигнал на одном из выходов усилителя - дискриминатора знака 5. Сигнал на управляющем выходе 6 блока 3 стабилизации тока появляется только при условии Icig ;1уу, обеспечивая увеличение угла погасания вентилей инвертора. Уставку тока для блока 3 стабилизации тока вырабатывает автоматический оптимизатор 2, который поддерживает на выходе максимум (в общем случае экстремум) целевой функции Ф , устанавливая при этом оптимальное значение управляющего воздействия на своем выходе 7уу(,„ (пpиIy J lvuon7 мо). Автоматический оптигиизатор может быть выполнен в виде шагового (дискретного) устройства. Сигналы с выходов усилителя дискриминатора 5 поступают на входы сумматора 8 формирователя 1 целевой функции с соответствующими весовыми коэффициентами cy «vшpoвaKj и знаками, при которых
ния К
4
абсолютный рост сигналов дискрими-натора приводит к уменьшению целевой функции при неизменном сигнале TOKaldj j. Формирователь 1 целевой функции определяет критерий управления регулятора, по которому автоматический оптимизатор устанавливает необходимый режим работы инвертора ППТс, При резких изменениях режима инвертора регулятор поддерживает ток инвертора в соответствии с заданием, выработанным автоматическим оптимизатором 2, статические изменения режима отрабатываются контуром оптимизатора.
Рассмотрим подробно работу регулятора в различных режимных ситуациях, иллюстрируемых соответствующими внешними характеристиками.
Ломаной I на диаграммах показана приведенная внешняя,характеристика выпрямителя. Участок 1 --1 характеристики соответствует режиму выпрямителя const участок Т-2 определяется регулятором тока выпрямителя и cooTBeTCTByeT режиму выпрямителя 1уц const . Ломаной 11 показана внешняя характеристика инвертора. Участок характеристики Б - соответствует режиму инвертора cfrnin conbt (cf - угол погасэния) , участокХ1-2 определяется регулятором тока инвертора при iyij const. Точка излома внешней характеристики выпрямителя -(В) соответствует уставке тока выпрямителя 1yg ; точка излома внешней характеристики инвертора (И) соответствует уставке регулятора тока инверторной подстанции
(lyu).
В случае, когда горизонтальный участок характеристики инвертора лежит выше соответствующего участка характеристики выпрямителя (диаграмма 2а),1о( , и на положительном выходе 7 дискриминатора 5 присутствует управляющий сигнсш, а на выходе 8 он отсутствует, то значение целевой функции определяется выражением
3 csu-N-%(4o-iau) (1)
где К - коэффициент усиления усилителя-дискриминатора 5. После преобразования получаем
- x du-Vvu.
(2)
где 1(,кД определенном соотношении весовых коэффициентов К; и Ку целевая функция в рассматриваемом режиме имеет максимум при токе передачи, равном уставке тока выпрямителя, и минимально возможном при этом угл§ включения р. инвертора. Регулятор тока в этом режиме работает аналогично известному регулятору. Добиваясь максимума целевой функции, оптимизатор 2 регулятора из положения и (или Hj) приведет инвертор в положение И , в первом случае увеличив Ток, во втором - напряжение передачи.
Рассмотрим режим, когда горизонтальный участок приведенной внешней характеристики выпрямителя выше характеристики инвертора (диаг.0рамг/ia 2б) . Здесь возможны два случая: начальное значение уставки то- ка инвертора 1уу больше TOKalgj,j (положение характеристики соответствует точке излома Wj ) и меньше тока
5 I (jy (положение характеристики соответствует точкеизлома И ) . В случае Ici,j значение целевой функции, вырабатываемое формирователем 1 , по - прежнему определяется выражением (1). Действия оптимизатора 2,
0 направленные на уменьшение уставки Ivu , приводят к уменьшению управляющего воздействия регулятора,так как ток передачи остается примерно постоянным, поскольку он удерживаетiся регулятором тока выпрямителя, и, следовательно, к росту целевой функции. Поэтому оптимизатор уменьшает уставку тока 1 уо , и харатстеристика инвертора перемещается из
d положения Из в положение Й .
Если / то управляющее воздействие регулятора равно нулю, инвертор работает с cf cfmin , целевая функция в этом режиме определя5ется выражением
.)(3)
После преобразования получаем .
где
Действия оптимизатора,2, направленные на увеличение уставки Ivu приводят к росту целевой функции, так как IcJyiConst , поэтому он увеличивает уставку. Заметим, что в регуляторе максимальной мощности в этом режиме контур управления оптимиаатора оказывался разомкнутым, а непосредственное использование целевой функции Р v ci-i y У4 приводит ,,как раз к обратному уменьшению уставки I VU
Таким образом, .оптимизатор в обоих случаях рассматриваемого режима стремится уменьшить выходные сигналы дискриминатора 5 до нуля, а это значит, что условием его устойчивого положения является равенстBolyu-I(Ju г и положение рабочей точки на внешних характеристиках подстанций совпадает с точкой излома внешней характеристики инвертооа.
Следует отметить, что принцип обратной связи с отркцательного выхода дискриминатора 5 регулятора на вход оптимизатора может быть использован и при экстремизшдии других целевых функций.
Рассмотрим случай пересечения горизонтальных участков внешних характеристик подстанций (диаграм-ма 2в). Движение системы из исходного положенияIdu vu рассмотрено выше. Если в исходном положении Ilt3iu lvu г что соответствует характеристике И на дйaгpaIvlмe, то как было показано применительно к диаграмме 26, оптимизатор 2 увеличивает устазку инвертора, приблиисая ее к току, величина которого определяется проекцией точки е на ось 1ia,u достижении равенства 1уу lt,j шаг оп ти lизатора, направленный на увеличение уставки, приводит не к снижению, как в случае 2б, а к увеличению целевой функции, изменяется и определяется выражением (1), где составляющая приращения тока ППТ преобладает над составляющей nptipaщения уставки, пока рабочая точка принадлежит участку l-t характеристики выпрямителя, и, таким образом система продолжает свое двикение в сторону увеличения тока-.
Предлагаемый регулятор тока выводит ППТ на заданный ток и устанавливает максиктум возможнс го напряжения линии во,всех режимных ситуациях и при любых исходных соотношениях уставки тока концевых подстанций. Эффект структурной схеьы заключается в форм2 ровании сложной целевой функции, учктывсдащей специфику задач регулирования во всех режимах ППТ. Выше было указано на возможность изменения у ставки I ,под действием кратковременных, всплеско тока, например, при шунтировании моста на инверторе. При увеличении тока под воздействием внешних причин целевая функция на входе оптимизатора может как увеличиваться, так и уменьшаться, что зависит от соотношения весовых коэффициентов
При К
Кз.
суммирования Kj и KTJ К входной сигнал onTHtvfl-isaTOpa уменьшается. В этих условиях оптимизатор будет делать движения (Шс1ги) вокруг доаварийного значения уставки, неприводя1цие в сре,днем к ее изменению.
Таким образом, преаложенная структурная схема регулятора одно-временно решает задачу обеспеченля помехоустойчивости регулированн я, используя инерционность соСственного oпти iизaтopa ,На диаграмме 2 г показан режим, возможный при совместной работе с системами вторичного регулирования ППТ, который невыполним ,цля системы жесткого управления током с телеканалом, так как последняя не обладает ca иoaнaлизом успешности своих действий и для правильной работытребует гарантирующих отстроек по уставкам и углам за.жигания.
Применение настоящего изобретени я позволяет уменьшить капитальные затраты на строительство и «расходы на эксштуатацию ППТ за сче исключения телеканала,уменьшить потери энергии в линии и примыкающих системах и пов.ысить надежность
ОПТ.
Формула изобретения
Регулятор преобразовательной подстанции передачи постоянного тока, содержащий формирователь целевой функции, вход которого подсоединен к вxoднo ry регулятора, а к выхо,ду которого подсоединен автоматический оптим1 з атор , выход которого подсоединен ко входу блока стабилизации тока, содержащего элемент сравнения и дискриминатор знака с усилителями, причем входы элемента сравнения подсоединень13: один к входному зажиму формирователя целевой функции, а второй-- к входног-г/ зажиь-й блока стабилизации, выход сравнения подсоединен ко входу дискри14-1инатора знака, а выход одного КЗ усилителей подсоеддкнен к вывоному зажиму регулятора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежнос:ти и помехоустойчивости управления передачей постоянного тока, формирователь целевой функции выполнен в виде су -1матора, ко входам которого подсоединены выходы вновь ваедениых злементоз весовых коэффициентов суммирования,, причем входы двух элементов весовых коэффициентов сум11ирования подсоеди ены к выводам соответствую цкх усилителей блока стабилизации, а вход третьего блока подсоединен к входн OMi- 3 аж и rvry р е гул я т ор а .
Источники информации, принятые во внимание экспертизе
1,Основные технические проблеS/i-л передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения. Итоги науки и техники. Серия Электротехника и энергетика . Под.ред. Стукачева А.В, М., 1971.
2.Авторское снилете;: ьство СССР f 558605, кл. Н 02 ;Г 1/00, 1975
(прототип) ,
Mi S-1
