Устройство для распределения активной мощности в энергосистеме

 

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения - повышение экономич1 ости электроснаб- .жения путем оптимизации распределения активной мощности в. энергосистеме . Устройство.содержит блок формировашш управляющих воздействий, к входам которого присоединены выходы блоков задатчиков уставок, плановых значений генерируемых мощностей, прогнозируемых значений нагрузок и телеизмерения регулируемых парамет

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

7 99 А1

„.80„„ (5D 4 Н 02 J 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ i3, К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ %К д; (21) 4050692/24-07 (22) 07.04.86 (46) 07.04.88.. Бюл. Л"- 13 (7 1) Всесоюзный государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт энергетических систем и электрических сетей "Энергосетьпроект" (72) С.И. Хмельник и В.Н. Жилейкина (53) 621.316.728(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1",- 1150700, кл. Н 02 J 3/06, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Р 1257744, кл. Н 02 J 3/06, 1985. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ЛКТИВНОИ ИОЦНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ (57) Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения повьп:»ение экономичности электроснабжения путем оптимизации распределеHEM BKTHBHofI мощности в энергосистеме. Устройство содержит блок формирования управлякицих воздействий, к входам которого присоединены выходы блоков задатчиков уставок, плановых значений генерируемых мощностей, прогнозируемых значений нагрузок и телеизмерения регулируемых параметров. Блок формирования управляющих воздействий выполнен из имитаторов узлов энергосистемы и имитаторов линии электропередачи. Каждый имитатор линии электропередачи представляет собой управляемый источник тока.

КахщьпЪ имитатор узла энергосистемы содержит первый 1О, второй 11 и третий 12 управляемые источники тока, ограничитель тока 13, усилитель 14, резисторы 15, 16. Ток источников 10 устанавливается пропорциональным генерируемым моцностям, ток источника

11 — пропорциональным плановому зна1387099 чению генерируемой мощности, а источника 12 устанавливается пропорциональным прогнозируемому значению мощности нагрузки соответствующего узла..

На управляющие входы источников тока, входящих в состав ограничителей .тока

13 и имитаторов линии электропередачи, поступают величины уставок генерируемых моцностей и перетоков мощности. Перечисленные элементы образуют модель энергосистемы, с выходу которой поступает сигнал на Ю изменение мощности энергосистемы. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для оперативной коррекции распределения генерируемой активной мощности.

Белью изобретения является повышение экономичности электроснабжения путем оптимизации распределения активной мощности в энергосистеме.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройствб; на фиг.2 — блок формирования управляющих воздействий на фнг.3 — имитатор узла энергосистемы на фиг.4 — имитатор линии электропередач на фпг.5 — ограничитель тока.

Устройство содержит соединенный с энергосистемой 1 блок 2 телеизмерений регулируемых параметров, блок 3 задатчпков уставок, блок 4 задатчиков плановых значений генерируемых мощностей, блок 5 задатчиков прогнозируемых значений нагрузок и блок .6 формирования управляющих воздействий» выход которого через канал 7 управления моцностью регулирующих объектов 25 связан с энергосистемой 1. Четыре входа блока 6 соединены с выходами блоков 2-5.

Блок 2 телеизмерений состоит из отдельных датчиков 2-1, 2-2,... гене- 30 рируемых моцностей. Блок 3 задатчиков уставок состоит из отдельных задатчиков 3-1-1, 3-1-2,... уставок по пере.. токам моцпости, задатчиков 3-2-1, 3-2-2,... уставок по генерируемый моцностям. Блок 4.задатчиков плановых З5 значений генерируемых мощностей состоит из отдельных задатчиков 4-1, 4-2,... плановых значений. генерируемых моцностей. Блок 5 задатчиков прогноэируемых значений нагрузок состоит из отдельных задатчиков 5-1, 5-2,... прогнозируемых значений на- грузок.

Блок 6 формирования управляющих воздействий (фиг.2) выполнен из имитаторов 8-1, 8-2,...8-k узла энергосистемы и имитаторов 9-1, 9-2,..., 9-i линий электропередач количество которых определяется количеством уз лов и линий электропередач энергосистемы. Каждый имитатор 8-k узла энергосистемы имеет два функциональных входа, управляюций выход и пять управляющих входов. Yàæäüï имитатор °

9-i линии электропередач имеет два функциональных входа и два управляющих входа и .представляет собой ограничитель тока с двумя управляющими входами (фиг.4).

Первые функциональные входы-:всех имитаторов 8Е узлов энергосистемы объединены. Вторые функциональные входы этих имитаторов 8-k и первый и второй функциональные входы всех имитаторов 9i линий электропередач соединены.между собой аналогично соединению концов. имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы: каждая линия электропередач имитируется одним из имита-. торов 9-i а каждый узел энергосисте1387099 мы имитируется одним из имитаторов

8-k.

Управляющие выходы имитаторов 8 узла энергосистемы образуют в совокуп5 ности выход блока 6.

Первые и вторые управляющие входы всех имитаторов 8k и 9-i образуют в совокупности первый вход блока 6, связанный с выходом блока 3, причем 10 первые и вторые управляющие входы имитаторов 9-i линий электропередач подключены к выходам задатчиков 3-2-1

3-2-2,... уставок по генерируемым мощностям. 15

Третьи, четвертые и пятые управляющие входы всех имитаторов 8 узла энергосистемы образуют в совокупности соответственно второй, третий и четвертый входы блока 6 в целом, при-20 чем второй вход связан с выходом блока 2, третий вход -с выходом блока 4, четвертьп вход — с выходом блока 5.

Каждьп имитатор 8-k узла энергосистемы (фиг.3) содержит первый 10, 25 второй 11 и третий 12 управляемые источники тока с управляющими входами, ограничитель 13 тока с двумя управляющими входами, усилитель 14, первый

15 и второй 16 резисторы. Управляемые 30 источники 10 и 11,тока и ограничитель

13 тока включены последовательно меж-. ду функциональными входами имитатора.

8-k. Параллельно этой цепочке включен управляемый источник 12 тока. Парал35 лельно управляемому источнику 10 тока включены последовательно соединенные усилитель 14 и резистор 15, а параллельно управляемому источнику 11 тока включен резистор 16.

Два управляющих входа ограничителей 13 тока являются первым и вторым управляющими входами имитатора 8-k.

Управляющие входы управляемых ис-,45 точников 10-12 тока являются соответственно третьим, четвертым и пятым управляющими входами имитатора 8-k.

Ограничитель тока (фиг.5) содержит два соединенных последовательно управляемых источника 17 и 18 тока, параллельно каждому из которых присоединены диоды 19 и 20 соответственно, включенные в противоположных направлениях относительно друг друга, причем управляющие входы управ55 ляемых источников 17 и 18 тока являются управляющими входами ограничителя тока в целом.

Вначале рассмотрим математическую постановку задач оперативной коррекции, решаемой предлагаемым устройством. Она состоит в следующем. Необ— ходимо найти генерируемые мощности

Г 1:-х узлов в определенный будущий гК

Ммомент времени,. для которого известны прогнозируемые нагрузки P„„ этих же узлах и плановые значения и генерируемых мощностей Р,„ этих же узлов. Генерируемые мощности Р„„ должны быть выбраны таким образом, чтобы минимизировать показатель качества I при условиях

R=1 (2)

Р „=, : „Р„,; (3) (4) (5) (6) где h,g известные коэффициенты

Р,„ — генерируемая мощность

k-го узла в текущий момент времени

P — генерируемая мощность 1с

ro узла в расчетный момент времени

Р„„ — прогнозируемое значение мощности нагрузки k-го узла в расчетный момент к времени

P — узловая (суммарная) мощ к ность k-го узла в расчетный момент времени

Р„ - переток мощности по i-й линии электропередач в текущий момент времени к )

Р„; — переток мощности по i-й линии электропередач в расчетный момент времени Ф л

P †-плановое значение генерируемой мощности k-ro узла в расчетный момент времени t"

1 и

Р„„, Г,„ — предельные значения (наименьшее и наибольшее соответственно) генерируек мых мощностей Р, f R к

Р„,, Р„; — то же для P„, 5-; -(О, 1-1)— в зависимости от соединения k-го узла с i-й линией электропередач и от

1387099. 6 направления перетока, принятого за положительное. .Б этой задаче показатель качества (1) отражает требования по минимизации изменения генерируемых мощностей (первый член формулы) и по минимизации отклонения от планового режима (второй член формулы). При этом, вы- 10 бирая определенным образом коэффициенты h „ и g» можно для некоторых (ма««евре««ных) электростанций снять последнее требование, а для других (базовых) электростанций сделать 15 это требование превалирующим над первым.

Предлагаемое устройство применимо для э««ергосистем в которых значения перетоков однозначно определяются 20 значениями узловых мощностей (3).

Это относится, в основном, к энергосистемам без кольцевых связей. Условие (4) отражает требование по стаби «изации частоты. 25 !

Предлагаемое устройство решает задачу минимизации показателя качества I при условиях (1)-(6), где неиз1«- ««Ф фициенты h „, g „, в»;. Эта задача решается электрической цепью, являющейся моделью э««ергосистел«ы и одновременно физической моделью задачи. Эта электрическая цепь образуется в блоке 6 форл«ирования управляющих воздействий и имеет следующие компоненты и параметры: г«,Р„ — сопротивления Резисторов 40

15 и 16 соответственно, входящих в состав имитатора 8-k узла энергосистемы;

Т„,Т вЂ” токи, протекающие через

"х х

РезистоРы г„и Е„соответ-45 ственно;

I,„ — ток, протекающий через ограничитель тока 13, входящий в состав имитатора

8-k узла энергосистемы;

I I I — токи источников 10-12 тог» ПК ««« э ка, соответственно, входящих в состав имитатора

8-К узла энергосистемьц

Т„- ток, протекающий через имитатор 8-k узла энергосистемы

Е . — ток протекающий через orb« ь раничитель тока, входящий в состав имитатора 9" ь линии электропередачи.

В этой цепи соблюдается, естественно, первый закон Кирхгофа, т.е. (7) (8) Тк Т нк Тф»

Ток Т««х + Ткк (9) (10) (1f) хк + Ткх ) Ток

Е.

Т к

I =0 к >

p„.I„-, (12) (13). (14) i=i -d

2 .2) d, ь 0

dà 0 (15) Из (12) -(15) следует, что

11 и 1 — 12. (16) Для ограничителей 13 и 9 тока обозначим токи i, i,, i соответственТ„; . Тогда из (16) получим (17) (18) В рассматриваемой электрической цепи тепловые потери

Q = Q (r„ I„„+ Р„Т„ „). (19)

Объединяя (8), (9) и (19) получаем

Q = Qr„(I,„— Т„„) + R„(I,„-Т. ) °

Электрическая цепь, содержащая сопротивления, диоды и источники тока постоянной величины, удовлетворяет

Последнее соотношение следует из (3) и того, что конфигурация электрической цепи повторяет конфигурацию энергосистемы. Уравнение (10) следует. из того, что первые функциональные входы всех имитаторов 8-k объединены.

Наконец, уравнения (7) — (9) следуют из схемы имитатора 8-1с (фиг.3).

Рассмотрим теперь ограничитель тока (фиг.5), где i - ток, протекающий через ограничитель тока в целом;

i — токи управляемых напряжением источников 17 и 18 тока соответственно;

d — токи, протекающие через диоды D, 19 и D 20 соответственно.

Очевидно, 1«+ d

1387099

Р п

Р,„ =

Ф нк

Ргк

Ркг г Егк

04InII i г Енк j

35 Еок р

1 ог.Ек г Еку

40 (21) Рк кг гг

Р к

P„; =

Р», oLI „;

0 Ел р

d. I», к г

45 к

P ° =

Л1 гк = пк/ ;

Е к Кк °

При этом задача минимизации Q npu условиях (20), (7) (11), (10), (18) и (17) полностью эквивалентна задаче минимизации показателя качества I npu распределении перетоков активной мощности в энергосистеме при условиях (1) — (7) . принципу минимума тепловых потерь, т.е. токи в такой цепи распределяются так, что удовлетворяют первому закону

Кирхгофа, ограничениям вида (14) и (15), накладываемым диодами, и мини5 мизируют количество тепла, выделяемого в резисторах.

В соответствии с этим принципом в рассматриваемой электрическои цепи 10 минимизируются тепловые потери Q при условиях (7), (10), (11), (17), (18) и. (20).

Таким образом, электрическая цепь предлагаемого устройства решает задачу квадратичного программирования с показателем качества (20), линейными ограничениями (7), (10), (11) и ограничениями в виде двусторонних неравенств (17) и (18). В этой задаче 20 известны токи Е„, I„, IÄ;, Е„;, I„,, I„„, Е,ц, источникогв 17,18,10,11 и 12 тока. В результате решения этой задачи (т.е, при окончании переходного процесса, становятся известными токи 25 могут быть измерены благодаря наличию усилителей 14. Входное сопротивление этих усилителей мало и поэтому не влияет на распределение токов, а на- 30 пряжение 7„ на их входе пропорционально току Е

Пусть

Устройство работает следующим образом.

Из блока 2 телеизмерений на управляюцие входы источников 10 така поступают величины Р„„, устанавливая величину тока I, этих источников в соответствии с (21). Таким образом, токи источников 10 тока становятся равными величинам I« пропорциональным генерируемым мощностям Р,„.

Аналогично, из блока 4 задатчиков плановых значений генерируемых мощностей на управляющие входы источников 11 поступают величины Р,„, устанавливая величину тока Е„„ этих источников в соответствии с (21). Из блока 5 задатчиков прогнозируемых значений нагрузок на управляющие входы источников 12 тока поступают велиФ чины Р„„, устанавливая величину тока

Е „, этих источников в соответствии с (21) .

Из блока 3 задатчиков уставок на управляюцие входы источников 17 и 18 тока, входяцих в состав ограничителей

13 и 9 тока поступают величины устаI » (! вок Р,„, Р„„> Р„, Р„;, устанавливая в соответствии с (21) величины токов соответственно

1 источника теле 13 тока;

Н

Еок источш|ка теле 13 тока;

I; источника теле 9 тока;

»

I; источника теле 9 тока.

17 тока в ограничи18 тока в ограничи17 тока в ограничи18 тока в ограничиЭти сигналы поступают через канал

7 в энергосистему 1 для изменения . моцности регулирующих объектов на величину (22) к тому моменту, для которого в блоках 4 и 5 установлены плановые значения генерируемых мощностей и прогнозируемые значения на— грузок.

Тем самым реализуются ограничения (18) и (17). По окончании переходного процесса в моделирующей цепи токи в резисторах 15 устанавливаются равными величинам I . Эти токи протекают также через усилители 14 (с малым входным сопротивлением). Таким образом, сигналы на выходах усилителей

14 оказываются пропорциональными токам Е „„ или,как следует из (8) и (21), величинам

Vk = Pr - Prg (22) 1387099

Формулаизобретения

Устройство для распределения активной мощности в энергосистеме, содержацее блок телеизмерения регулируемык параметров, состояций из датчиков генерируемых мощностей, вход которого соединен с энергосистемой, имеющей канал управления мощностью регулирующих объектов, а выход объединяет выход датчиков генерируемых мощностей, блок задатчиков уставок, выход которого объединяет выходы задатчиков уставок, и блок формирова- 15 ния управляющих воздействий, выполненный из имитаторов узлов энергосистемы и имитаторов линий электропередач, количество которык определяется количеством узлов и линий электропе- 2g редач энергосистемы, каждый имитатор линии электропередачи имеет два функциональных входа и два управляюцих входа, а калтдьп имитатор узла энергосистемы имеет два функциональных 25 входа, три управляющих входа и управляюций выход, причем эти выходы обра-. зуют в совокупности выход блока формирования управляющих воздействий в целом, третьи управляющие входы всех имитаторов узлов энергосистемы обра-! зуют в совокупности первый вход блока формирования управляющих воздействий, связанный с выходом блока телеизмерений первые функциональные входы всех

Э

35 имитаторов узлов энергосистемы объединены, вторые функциональные входы этих имитаторов и первьп1 и второй функциональные входы всех имитаторов линий электропередач соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы, каждьп имитатор линии электропередач выполнен В виде включенного между 45 его функциональными входами ограничителя тока с двумя управляющими входами, каждый имитатор узла энергосистемы содержит усилитель, первый управляемьФ источник тока, первый резистор

5О и ограничитель тока с двумя управляющими входами, причем этот ограничитель включен последовательно с первым управляемым источником тока, а параллельно первому управляемому источнику тока включены последователь55 но соединенные усилитель и первый резистор, управляюцие входы ограничителей тока во всех имитаторах являются первым и вторым управляющим т входами этих имитаторов и образуют в совокупности второй управляющий вход блока формирования управляющих воздействий в целом, соединенный с выходом блока задатчиков уставок, причем управляющие входы ограничителей тока имитатора линий электропередач подключены к выходам задатчиков уставок по перетокам моцности, à уцравляющие входы ограничителей тока имитатора узла энергосистемы подключены к выходам задатчиков уставок по генерируемым мощностям, о т л и— ч а юце е с я тем, что, с целью повыцения экономичности электроснабжения путем оптимизации распределения активной моцности.в энергосистеме, в него дополнительно введены блок задатчиков плановых значений генерируемых мощностей, выход которого объединяет выходы задатчиков плановых значений генерируемых мощностей, блок задатчиков прогнозируемых значений нагрузок, выход которого объединяет выходы задатчиков прогнозируемых значений нагрузок, в каждый имитатор узла энергосистемы дополнительно введены второй и третий управляемые источники тока и второй резистор, причем второй управляемый источник тока включен последовательно с ограничителем тока и первым управляемым источником тока между функциональными входами этого имитатора, третий управляемьп источник тока включен также между функциональными входами этого имитатора, второй резистор включен параллельно второму управляемому источнику тока, управляющие входы второго и третьего управляемых источников тока являются соответственно четвертым и пятым управляющими входами этого имитатора, при этом четвертые управляющие входы всех имитаторов узлов образуют в совокупности третий управляюций вход блока формирования управляющих воздействий, соединенный с выходом блока задатчиков плановых значений генерируемых мощностей, пятые управляюцие входы всех имитаторов узлов образуют в совокупности четвертьп1 управляющий вход блока формирования управляющих воздействий соединенный с выходом блока задатчиков прогнозируеьых значений нагрузок, а выход блока формирования управ11

1387099

12,ляющих воздействий подключен к энергосистеме чере э канал управления мощностью регулирующик объектов.

13Я 7099

dg(Составитель К. Фотина

Техред Л.Сердюкова Корректор Г. Реиетник

Редактор A. Шандор

Тираж á50 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1501/53 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проек-.ная, 4