Устройство автоматического регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме

 

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕТОКОВ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ содержащее блок телеизмерения регулируемых параметров , состоящий из датчиков перетоков мощности и датчиков генерируё- мьрс мощностей, вход которого соединен с энергосистемой, первый выход объединяет выходы датчиков перетоков мощности, а второй - выходы датчиков генерирующих мощностей, блок задатчиков .уставок, вькод которого объединяет выходы задатчиков уставок, и управляющий блок, связанный своим выходом через канал управления мощностью регулирующих объектов с энергосистемой, причем управляющий блок содержит блок корректирующих фильтров и блок расчета фактических уставок и весовых коэффициентов ,- у которого имеется первый вход, связанный с первым выходом блока телеизмерений, объединяющим выходы датчиков перетоков мощности, s& iMtii iijf второй вход, связанный с вторым выходом блока телеизмерений, объединяющим выходы датчиков генерируемых мощностей, третий вход, связанный с выходом задатчика уставок, четвертый вход, соединенный с входом блока корректирующих фильтров,, первьй выход фактических, уставок и втррой выход весовых коэффициентов, а выход блока корректирующих фильтров является выходом управляющего блока в целом, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности энергоснабжения путем увеличения , быстродействия и точности регулирования , в управляющий блок дополнительно включен блок формирования (Л . управляющих воздействий, который выС полнен из имитаторов узлов энергосистемы и имитаторов линий электро1передач , количество которых определяется количеством узлов и линий . электропередач энергосистемы,- каждый имитатор линии электропередач имеет два функциональных и два управляющих входа, а каждый имитатор узлаэнергосистемы имеет еще и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока формирования управляющих воздействий в целом, соединенный с входом блока корректирующих фильтров, первые управляющие входы всех имитаторов образуют в совокупности первый вход блока формирования управляющих воздействий , связанный с вторым выходом весовых коэффициентов блокэ расчета фактических уставок и весовых коэффициентов, вторые управляющие входы всех имитатог ров линий электропередачи образуют в

СОЮЗ СОВЕТРКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) ((! ) 4(51) Н 02 J 3/06

ГОСУДАРСтВЕННЫй КОМИТЕТ СССЕ

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3685049/24-.07 (22) 03.01.84 (46) 30.06.85. Бюл. У 24 (72) С.И,Хмельник (71) Ордена Октябрьской Революций всесоюзный государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт. Энергосетьпро- . ект" (53) 621.316. 728(088.8) . (56) Авторское свидетельство СССР по заявке У 3462293/079 кл. H 02 J 3/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3507058/07, кл. Н 02 J 3/06, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕТОКОВ АКТИВНОЙ

МОЩНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ, содержащее блок телеизмерения регулируемых параметров, состоящий из датчиков перетоков мощности и датчиков генерируемых мощностей, вход которого соединен .с энергосистемой, первый выход объединяет выходы датчиков перетоков мощности, а второй — выходы датчиков генерирующих 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 корректирующих Фильтров и блок расчета фактических уставок и весовых коэффициентов, у которого имеется первый вход, связанный с первым выходом блока телеизмерений, объединяющим выходы датчиков перетоков мощности, второй вход, связанный с вторым выходом блока телеизмерений, объединяющим выходы датчиков генерируемыхмощностей, третий вход, связанный с выходом задатчика уставок, четвертый вход, соединенный с входом бло- ка корректирующих фильтров,, первый выход фактических уставок и втрройвыход весовых коэффициентов, а выход блока корректирующих фильтров является выходом управляющего блока в целом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежнос. ти энергоснабжения путем увеличения быстродействия и точности регулирования, в управляющий блок дополнительно включен блок формирования управляющих воздействий, который выполнен из.имитаторов узлов энергосистемы и имитаторов линий электро1передач, количество которых опре деляется количеством узлов и линий электропередач энергосистемы,. каждый имитатор линии электропередач имеет два функциональных и два управ. ляющих входа, а каждый имитатор узлаэнергосистемы имеет еще и уйравляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока формирования управляющих воздействий в целом, соединенный с входом блока корректирующих фильтров, первые управляющие входы всех имитаторов образуют в совокупности первый вход блока формирования управляющих воздействий, связанный с вторым выходом весовых коэффициентов блока расчета факти. ческих уставок и весовых коэффициентов, вторые управляющие входы всех имитато". ров линий электропередачи образуют в

11648 совокупности второй вход блока формирования управляющих воздействий, связанный с первым выходом фактических уставок блока расчета фактических уставок и весовых коэффициентов, вторые управляющие входы всех имитаторов узлов энергосистемы. образуют в совокупности третий вход блока формирования управляющих воздействий, связанный с вторым выходом

-блока телеизмерений, объединяющим выходы датчиков генерирующих-мощ настей, первые функциональные входы. всех имитаторов узлов энергосистемы объединены,, вторые функциональные входы этих имитаторов и первый и второй функциональные входы всех имитаторов линий электропередач соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы, при этом каждый ими22 татор узла энергосистемы выполнен в виде последовательно соединенных

l усилителя и управляемого резистора, включенных параллельно с управляемым источником тока между двумя функциональными входами имитатора, управляющие входы управляемого резистора и. управляемого. источника тока являются соответственно первым и вторым управляющими входами имитатора в целом а выход усилителя является управляющим выходом имитатора в целом, каждый имитатор линии электропередач.выполнен в виде параллельно соединенных управляемого резистора и управляемого источника тока, подключенных между двумя функциональныки входами имитатора, а управляющие входы управляемого резистора и управляемого источника тока являются соответственно первым и вторым управляющими входами имитатора в целом.

Предлагаемое устройство относится к электроэнергетике.

Цель изобретения — повьппение на-, дежности энергоснабжения путем увеличения быстродействия и точности регулирования.

На фиг.t. схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг.2блок формирования управляющих воздействий, на фиг. 3 и 4 — узлы, . входящие в состав блока формирования управляющих воздействий;<в частности, на фиг.3 — имитатор узла энергосистемы, а на фиг.4 - имитатор линии электропередач), на фиг,5 - пример некоторой энергосистемы, на . фиг.6 — электрическая цепь эквива-. лентная этой энергосистеме.

Предлагаемое устройство (фиг.1) . содержит соединенный с энергосистемой 1 блок 2 телеиэмерений регулируемых параметров и блок 3 задатчиков уставок. С энергосистемой 1 каналом 4 управления мощностью регулирующих объектов связан управляющий блок 5. Входы управляющего блока 5 присоединены к выходам блока 2 телеизмерений регулируемых параметров

1 и блока 3 задатчиков уставок. Блок

2 телеиэмерений состоит из отдельных датчиков 2«1-1; 2-1-2,... регулируемых перетоков и 2-1-1 ; 2-2-2, ° ° ° генерируемых мощностей. Блок. 3 задатчиков уставок состоит из отдельных задатчиков 3-1-1; 3-1-2,... уставок по перетокам мощности и 3-2-1;

3-2-2,... уставок по генерируемым. мощностям.

Множество выходов датчиков 2-1-1;

2-1-2,... назовем первым выходом блока 2 телеизмерений, а множество выходов датчиков 2-2-1; 2-2-2...,вторым выходом этого блока. Аналогично, множество выходов задатчиков

3 1 1 3 1 2э ° ° ° э3-2-1э 3 2 2з ° ° . назовем выходом блока 3 задатчиков уставок.

Управляющий блок 5 содержит блок 6 корректирующих фильтров 6-! ° 6-2, ° .. блок 8 формирования™ управляющий воздействий и блок 7 расчета факты" ческих уставок и весовых коэффициентов, у которого к трем первым входам присоединены выходы блока 2 телеиэмерений и выход эадатчика 3 уставок, а четвертый вход соединен с входом

ll64822 . - . . 4 й- линии электропередач (фиг.4) выполнен в- в виде параллельно соединенных управляемого источника 14 тока и управляеий мого резистора 15, подключенных межS ду двумя функциональными входами имитатора, а управляющие входы управляемого резистора и управляемого источника тока являются соответственно перам вым и вторым управляющими входами имитатора в целом. Блок 7 расчета фактических уставок и весовых коэффициентов выполнен в полном соответствии с прототипом. Этот блок содерс- жит две группы схем сравнения, входы которых являются входами блока расчета фактических уставок и весовых коэффициентов в целом. Кроме того, этот блок 7 содержит блоки регистров, выходы которых являются выходами блоч 20 ка 7 расчета фактических уставок и в- весовых коэффициентов в целом. Источники 11 и 14 тока, используемые в ав- устройстве, вырабатывают ток постояна- ной величины, не зависящей от напряг

>> .жения на зажимах источника тока и и определяемой сигналом на его управля . ющем входе.

Прежде всего рассмотрим цостановку задачи регулирования, решаемую

30 предлагаемым устройством.

Задача регулирования частоты и перетоков активной мощности в энергосистеме имеет следующую математичеснк- кую формулировку: минимизировать 4

3S . прн условиях оды у Я е- Ра, P;ÔK0;кЧк, () о к 1

И 40 к 1 (21 блока 6 корректирующих фильтров, в ход которого является выходом упра ляющего блока в целом. У блока 8 формирования управляющих воздейств выход соединен с объединенными вхо дами блока 6 корректирующих фильтров и блока 7 расчета фактических уставок и весовых коэффициентов, два первых входа подключены к выход этого блока 7, третий вход соединен с первым выходом блока 2 телеизмере ний. При этом блок формирования управляющих воздействий (фиг.2) выполнен из имитаторов узлов энергоси темы 9"1, 9-2,...,9-К,... и имитато ров линий электропередач 10-1; 10-2

10-< количество. которых определя ется количеством узлов и линий электропередач энергосистемы. Каждый имитатор 10 линий электропереда имеет два функциональных и два упра ляющих входа, а калдый имитатор 9 узла энергосистемы имеет еще и упр ляющий выход, причем эти выходы -обр зуют в совокупности выход блока 8 формирования управляющих воздействи в целом. Первые управляющие входы всех имитаторов образуют в совокупности первый вход этого блока, вторые управляющие входы всех имитаторов 9 узлов энергосистемы — третий вход этого блока. Первые функционал ные входы всех имитаторов 9 узлов энергосистемы объединены. Вторые. фу . циональные входы этих имитаторов 9 и первый и второй функциональные вх всех имитаторов 10 линий электропер дач соединены между сабой аналогичн соединению концов имитируемых линий электропередач,с имитируемыми узлам энергосистемы: каждая линия электропередач имитируется одним из имитаторов 10-i, а каждый узел энергосистемы имитируется одним из имитаторов 9-К.

Каждый .имитатор узла энергосистемы 9 IS (фиг.3) выполнен в виде управляемого источника 11 тока, соединенного параллельно с последовательно соединенными усилителем 12 и управляемым резистором 13, включенным между двумя $0 функциональными, входами имитатора. управляющие входы управляемого резистора 13 и управляемого источника тока 11 являются соответственно первым и вторым управляющими входами имита- э5 тора 9 в целом, а выход усилителя 12 является управляющим выходом имитатора 9 в целом. Каждый имитатор 10

Р

3. К,g;(P„,-P„,.j" (- ")" Е h„V„, (s)

1 к.1 к к у где P« — измеренные перетоки мощности, — измеренная частота, к — управления, вырабатываемые устройством, Р, — перетоки мощности, которые устанавливаются после от-. работки управлений; — частота, которая устанавливается после отработки управления, Р„; — фактические уставкн перетоков — фактическая уставка часто"

Tbli

1!64822 ;к - коэффициенты влияния, г ; <, „ — весовые коэффициенты, P — статизм энергосистемы.

В прототипе показано, что весовые коэффициенты ;,, 1 и фактичес- 5 кие уставки Р; и 1 определяются блоком 7 расчета фактических уставок и весовых .коэффициентов в зависимости от предельных значений перетоков (Р „, P„. ) и частоты (.1, ), а также от измеренных значений узловых мощностей и от их предельных значеВыполним некоторые преобразования уравнений (1) - (3) ° 15

Сумма перетоков по линиям- электропередач, сходящихся в данном узле, равна узловой мощности. Таким образом е

,„=K P„; г„ „, . Й) где „; =(0,1-1) в зависимости от наличия соединения К-го. узла с » -й линией электропередач и от направления перетока, принятого за положи- 25 тельное.

По определению управления Ук имеем Р,„=Рг„+ Чк (э)

Из (4) и (5) следует, что е

Р,„+У„- -.. „, P„;

»=t

30 (6) Заметим еще, что и P -p (2)

K1 rK 35

Теперь рассмотрим частный случай

1 указанной задачи, когда частота в процессе регулирования не должна изменяться. Это требование, как правило, предъявляется к регуляторам энер- о госистем. При этом из (2) и (3) следует, что у.у„. а (8)

К 1 45

Уравнение (6) эквивалентное уравнению (1) для энергосистем,у которых 5О коэффициенты влияния таковы, что уравнение (1) имеет единственное решение относительно переменных У . В частности, такому требованию удовлетворяют энергосистемы без кольцевых связей.

Таким образом, задача регулирования перетоков мощности по линиям гг, + гг гз

В этой энергосистеме задача регулирования перетоков имеет вид: минимизировать 1 при условиях ;

% % гя+ л Рлэ гл»

%. % гз Ъ л2 J7

У,+У, Ч,-о з J = q,(P„ ;-v„,.) +Z 6„Ч „ (f3) Рассмотрим теперь электрическую цепь (фиг.6), которая должна быть образована в блоке 8 формирования управляющих воздействий для данной энергосистемы. В этой электрической цепи приняты следующие обозначения, г„ - сопротивление резистора 13, входящего в состав имитатора 9-К;

Я„- сопротивление резистора 15, вхо1 дящего в состав имитатора 10-q

I — ток источника 11 тока, входягк О щего в состав имитатора 9-К; ?л;ток источника 14 тока, входящего в состав имитатора 10; Т„„- ток, проте кающий через резистор Гк Ф ТКток, протекающий через резистор В;, Применяемые источники 11 и 14 тока в этой, цепи вырабатывают ток постоянной величины, не зависящий от напряжения на зажимах источника

10- q тока. электропередач при постоянной частоте состоит в следующем: минимизировать 3 при условиях (8), (6) и (9) . В этой задаче неизвестны Ук и Р . о йi а данными являются Р„, и Р„„, причем последние связаны уравнением (7).

В предлагаемом устройстве указанная задача решается электрической цепью, являющейся моделью энергосистемы, и одновременно физической моделью этой задачи.

Пример . Пусть энергосистема (фиг.5) состбит из узлов, в кото" рых находятся источники генерирующих мощностей P, P, P-„>. Узлы соединены линиями электропередач с перетоками

Р„,, Р„, Р д.. Очевидно, По первому закону Кирхгофа находим

1164822

В этой цепи соблюдаются следующие соотношения: г1 1г 1-л1+ л1 2 г11 г2 лэ л1

ГЭ гЭ Л2 ЛЭ ((6) S г1 гг 1гэ+1(1+1гл+Згз=0 (17)

Тепловые потери в электрической цепи

Q= (.1- Л,(й,(Л2-1,2), л,-r„,)

1 2 1

I "1 г1 "лt„2 эI„ ((8)

Если, кроме того, токи источников тока выбраны так, что г1 лг211гэ -0 го из (18) следует, что

1г1 1„2 1„,=о

Электрическая цепь, содержащая только сопротивления и источники тока постоянной величины, удовлетворяет принципу минимума тепловых потерь, т.е ° токи в такой цепи распределя- 25 ются так, что удовлетворяют первому закону Кирхгофа и минимизируют количество тепла, выделяемого в резисторах..

В соответствии с этим принципом З0 величина Q в цепи,,изображенной на рис.б, .минимизируется. Таким образом, этой цепью решается следующая задача квадратичного программирования: минимизировать (18) при услови- ях (16) и (20), где известны .токи. тока, удовлетворяющие условию (20).

В результате решения этой задачи (т.е. по окончании переходного про- 40 цесса) становягся известны токи I„ . г1Л э I< л I<2 I> У I которые. могут быть измерены. Эта задача полностью эквивалентна сформулированной задаче регулирования для энергосис-. 45 темы, изображенной на фиг.5. Таким образом, если токи источников .11 и

14 установить пропорционально мощо ностям Р„„, Р„ энергосистемы, то токи, протекающие через резисторы г„ 50 к оказываются пропорциональными управлениям V(,.

Рассмотрим теперь общий случай.

Итак, рассматривается электрическая цепь, состоящая из источников 11 55 и 14 тока и резисторов 13 и 15 входящих в состав блока 8 формирования управляющих воздействий. и

i„,+Е„„- :. P«(1 Ä,. 1„,), "" 1-1 (гз) е

0=2; Р;?я, - Z. г„? „„

1=1

Пусть гк Л(гк р гК т

РО .In ™ л

R; -q;tл(,, "к "к I+

При этом задача минимизации тепловых потерь (,(при условиях (21)-(24) полностью эквивалентна задаче мини- мизации показателя качества л регулирования перетоков в энергосистеме при условиях (7), (8), (6), (9).

Устройство в целом функционирует следующим образом.

Из блока 2 телеизмерений на управляющие входы источников 11 тока поступают величины P, устанавливая гк величину тока Ið .ýòaõ источников.

Таким образом, токи источников 11 становятся равными величинам I „, пропорциональным генерируемым мощностям Рг . Из блока 7 расчета фактигг ческих уставок и весовых коэффициентов на управляющие входы источников о

14 тока подаются величины Р . уставок ял перетоков. Таким образом, токи источников 14 становятся равными вео личинам I, пропорциОнальным уставе кам перетоков Р„.. Кроме того, иэ Л1 блока 7 расчета фактических. уставок и весовых коэффициентов на управляющие входы резисторов 13 и 15 подаются величины весовых коэффициентов

hz н q; соответственно. Таким образом, величины сопротивлений Гк и Р„ этих резисторов становятся пропорциональными коэффициентам Ьк и q . Как

1 указывалось, по окончаний переходного процесса в моделирующей цепи тока в резисторах 13 устанавливаются равными величинам I, пропорциональным управлениям, . Эти токи протекают также через усилители 12

1О

1164822 (с малым входным сопротивлением).

Таким образом, сигналы на выходах усилителеМ 12 оказываются пропорциональными управлениям V . Эти сигналы подаются на входы блока корректирующих фильтров 6, Блок 6 выбирается известным в технике автоматического регулирования образом иэ соображений обеспечения необходимого качества динамического процесса регулирования (устойчивости,. быстродействия, величины перерегулирования).

Сигналы с выхода блока 6 корректирующих фильтров поступают через ка нал 4 в энергосистему 1 для изменения мощности регулирующих объектов.

5 В результате этого меняются текущие значения регулируемых параметров энергосистемы. После следующего цик- ла измерения соответствующие телесигналы вновь подаются на входы источников 11 и 1 4 тока, в результате чего образуется замкнутый контур системы регулирования.

1164822

1164822

ll64822

Жажа

Составитель К.Фотина

Техред,А.Вабинец Корректор И.Демчик, Редактор С,Лисина

Филиал ППП "Патент", г. Уагород, .ул. Проектная, 4

Заказ 4195/51 Тирам 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5