Устройство автоматического регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме

 

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения - повышение экономичности и надежности энергоснабжения. Основным в устройстве является блок 7 формирования управляющих воздействий, включающий в себя имитаторы 8 узлов энергосистемы и имитаторы 9 линии электропередачи. Имитаторы 8 и 9 соединены аналогично соединению имитируемых узлов и линий электропередач энергосистеьм. В состав всех имитаторов включены ограни

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 3 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4155428/24-07 (22) 02.12.86 (46) 15,96.88. Бюл. Ф 22 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики и Всесоюзный государственный проектноизыскательский и научно-исследовательский институт энергетических систем и электрических сетей "Знергосетьпроект" (72) О,И. Хмельник (53) 621.316.728(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1164822, кл. Н 02 J 3/06, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У 1275639, кл. Н 02 3 3/06, 1985.

„„SU„„1403217 A 1 (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕТОКОВ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ (57) Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения— повышение экономичности и надежности энергоснабжения. Основным в устройстве является блок 7 формирования управляющих воздействий, включающий в себя имитаторы 8 узлов энергосистемы и имитаторы 9 линии электропередачи.

Имитаторы 8 и 9 соединены аналогично соединению имитируемых узлов и линий электропередач энергосистемы. В состав всех имитаторов включены ограни- е

1403217 чители тока, выполненные таким образом, что потребляют мощность тепловых потерь в своих резисторах только в том случае, когда значение тока, перетекающего через ограничитель в целом, выходит за определенные границы, В электрической цепи блока 7 токи распределяются таким образом, что минимизируется мощность тепловых потерь. При этом устанавливаются такие токи, которые пропорциональны ак1

Изобретение относится к электротехнике.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности энергоснабжения путем уменьшения 5 флуктуаций мощности.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 блок формирования управляющих воздействий; на фиг. 3 — имитатор узла 1О энергосистемы, на фиг. 4 — имитатор линии электропередач, на фиг, 5 ограничитель тока.

Устройство (фиг. 1) содержит ñîåдиненный с энергосистемой 1 блок 2 15, телеизмерений регулируемых параметров

;и блок 3 задатчиков уставок. С энергосистемой 1 каналом 4 управления мощностью регулирующих объектов свя" зан управляющий блок 5. Входы управ- 20 ляющего блока 5 присоединена к выхо( дам блока 2 телеизмерений регулируемых параметров и блока 3 задатчиков уставок.

Блок 2 телеизмерений состоит из 25 отдельньг датчиков 2-1, 2-2,.„. генерируемых мощностей. Блок 3 задатчиков уставок состоит из отдельных задатчиков 3-1-1, 3-1-2,... уставок по перетокам мощности, 30

Множество выходов датчиков 2-1, 2-2,... является выходом блока 2 телеизмерений. Аналогично множество выходов задатчиков 3-1-1, 3-1-2,... и 3-2-1 3-2-2 ... является выходом

1 9

35 блока 3 задатчиков уставок.

Управляющий блок 5 содержит блок

6 корректирующих фильтров 6-1, 6-2,... и блок 7 формирования управляющих воздействий, у которого к вхоФ тивным мощностям, минимизирующим определенный показатель качества оптимального регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме. В целом в блоке 7 образуется электрическая цепь, являющаяся моделью энергосистемы и одновременно физической моделью задачи математического программирования, решаемой при автоматическом регулировании перетоков активной мощности в энергосистеме. 5 ил.

2 дам присоединены выход блока 2 телеизмерений и выход задатчика 3 уставок,, а выход соединен с входом блока

6 корректирующих фильтров, выход которого является выходом управляющего блока в целом.

Блок 7 формирования управляющих воздействий (фиг. 2) содержит имитаторы 8-1, 8-2...,, 8-k узлов энергосистемы, имитаторы 9-1, 9-2,..., 9-i„..., линий электропередачи, количество которых определяется количеством узлом и линий электропередач энергосистемы, две группы управляемых источников 10-1, 10-2,..., 10-х и 11-1, 11-2,..., 11-I., тока,количество которых в каждой группе равно количеству имитаторов 9 линии электропередач, группу интеграторов 12-1, 12-2,..., 12-k количество которых равно количеству имитаторов 8 узлов энергосистемы, и группу блоков 13-1, 13-2

13-i моделирования, количество которых равно количеству имитаторов

9 линии электропередач.

Каждый имитатор 9 линий электропередач имеет два функциональных и два управляющих входа, а каждый имитатор 8 узла энергосистемы — два функциональных входа, три управляющих входа и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока 7 формирования управляющих воздействий в целом.

Первые управляющие входы всех имитаторов 8 узлов энергосистемы образуют в совокупности первый вход этого блока, связанный с выходом блока

2 телеизмерений, вторые управляющие

140321

e; =

+ к

Phi (2) Л1 Лз

Р", -Рк если

Л Л1 9

О, (3) ecaH P гк Pãk («

О, 3 входы всех имитаторов 8 и 9 и третьи управляющие входы имитаторов 9 линий электропередач — второй вход этого блока, соединенный с выходом блока

3 задатчиков уставок. Первые функциональные входы всех имитаторов 8 узлов энергосистемы объединены. Каждый имитатор 9-i линии электропередач соединен последовательно с управ10 ляемым источником 10-i тока первой группы так, что блоки 9-i и 10-i образуют i-ю последовательную цепочку. Эти цепочки и вторые функциональные входы всех имитаторов 8 узлов

15 энергосистемы соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы; каждая линия электропередач имитируется одной из i-х цепочек, а каждый узел энергосистемы имитируется одним из имитаторов 8-k.

Управляемые источники 11-i тока второй группы и интеграторы 12-k coe25 динены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы. Каждая пара управляемых источников 10-i и 11-i тока, в которой один из них принадлежит первой группе, второй — принадлежит второй группе, а оба соответствуют одной и той же имитируемой линии электропередач, подключена к одному из блоков 13-i моделирования так,,35 что его первый двухпроводный вход включен параллельно с управляемым источником 10-i тока первой группы, второй двухпроводный вход - с управляемым источником 11-i тока второй 4о группы, первый выход блока 13-i мо, делирования соединен с управляющим входом управляемого источника 10-i .тока первой группы, второй выход — с управляющим входом управляемого ис- 45 точника 11-i тока второй группы, Каждый имитатор 8 узла энергосистемы (фиг. 3) содержит включенные последовательно между его функциональными входами ограничитель 14 то- 5О ка с двумя управляющими входами и управляемый источник 15 тока, параллельно которому включены последовательно соединенные усилитель 16 и резистор 17. Управляющие входы управляемого источника 15 тока и ограничителй

14 тока являются соответственно первым, вторым и третьим управляющими входами имитатора 8 в целом, а выход усилителя 16 является управляющим выходом имитатора 8 в целом.

Каждый имитатор 9 линии электропередач (фиг. 4) выполнен в виде включенного между его функциональными входами ограничителя тока с двумя управляющими входами, которые являются соответственно первым и вторым управляющими входами имитатора 9 в целом.

Каждый ограничитель 9 и 14 тока (фиг. 5) содержит диоды 18 и 19, резисторы 20 и 21, управляемые источники 22 и 23 тока, Диоды 19 и 18 вклю" чены между функциональными входами ограничителя тока последовательно и в противоположных направлениях, Параллельно диоду 18 включены резистор

20 и управляемый источник 22 тока, а параллельно диоду 19 — резистор 21 и управляемый источник 23 тока.

Рассмотрим постановку задачи регулирования, решаемой предлагаемым устройством. Обозначим U „ - управления, P — измеренные узловые мощности, P „ — узловые мощности, которые должны установиться после отработки управлений, P — перетоки мощности, которые должны установиться после

1 I( отработки управлений9-Ргк 9 Рrk наименьшее и наибольшее значения узловых мощностей, задаваемые в блоI И ке 3 задатчиков уставок, Р„;,. P„i то же, для перетоков мощностей, с .— разность фаз напряжений на концах линий электропередач„ q фазы узловых напряжений

P„; -Р„, если P» > P„, +

« (1)

О, если Р; (PÄi (4)

О, если P„ ê (1 °

Задача заключается в следующем; минимизировать I при условиях:

О )+", (Ь О +

К=1 (5) (6) D =- Р 1-P --D

4 - ц I

Л Л9 1 У (17) 5 (7) (8) (9) М, = Рг„-Р„"„-М,; (21) P =а; зхп9 ; > (10) +шМ„-1т.„)f =0; (24) 35 (13) Ргк Р гк Ргк (4 (!! (14) (28) i 9E

Я;:= Рл -Рм -Ч; (15) (I = Е (Ч;Ч;+11

1=1

+ 1„L +шкМ„)

Ргк+ к

99. +

Р гк 4 — РК1 Рл9

1=1

19

2:.и„= о, "— Ргк

,=- о, (12) где а . — постоянный (при данных пара1 метрах линии электропередачи и модулях напряжений на ее концах) коэффициент; к;= 0,1-1 в зависимости от соединения k-узла с i-й линией электропередач и от направления перетока, принятого за положительное, Ч di9

К9 Ik9 шк — весовые коэффициенты.

Эта задача совпадает с задачей,, решаемой в прототипе, за исключением вида показателя качества I который в данном случае учитывает необходимость минимизации управляющих воздействий UK и минимизации отклонений

Я, D „, Lz, M контролируемых величин

Р„1 и Р г„от границ диапазонов

13+ "9

Последнее требование означает, что в задаче вычисляются такие значения Р „9 и P которые лежат внутри диапазонов (13) и (14), Если же таких значений не существует, то отыскиваются ближайщие к границам этих диапазонов. Таким образом, указанная задача имеет решение при любых исходных данных Р „, что повьппает надежность устройства по сравнению с прототипом, Выражение (1) может быть заменено следующим.

Я; 3 О, Я. » О, Я;() . = О, (16) 1403217

Аналогично выражения (2) — (4) заменяются на следующие:

D»О,DI> 0,DD;=О (18) к гк (19) Е0 Ьк у 09 LI, 7 О, L„L О,(20) Мк» О, М„Ъ О, М Мк= О. (22)

Таким образом, предлагаемое уст- ройство решает задачу минимизации при (5) — (12), (15) — (22}3 (23)

20 гДе Данными ЯвлЯютсЯ Рг 9 Ргк 9 Р „, r u

ГК9

Р ; 9 Р„; и коэффициенты а„, ак;, q,, 9 К9 1К9 . По аналогии с прототипом решение ,задачи минимизации I методом неопре25 деленных множителей Лагранжа сводится к решению системы уравнений и не.равенств, отличающейся от системы (23) тем, что в ней выражение (5) заменяется следующими уравнениями:

30 h

g +2(11ï,.-q q.+ p p«(a„u„+

Ь1

Ь;-а„. Ь; созе ;= О.; (25)

8 р„,.,.= О, (26)

i-=1 где ь ;, Д, — неопределенные множители Лагранжа.

Таким образом, задача регулирования сводится к решению системы уравнений и неравенств

h4) — (12), (15) — (22}, (24) — (26), (27)

Рассмотрим уравнения

1 . К=

i=1 — -g 0( 1 1к (29)

rpe g — постоянный положительный коэффициент.

По аналогии с прототипом можно показать, что решение системы (27)

55 совпадает с установившимся решением системы уравнений ((4) — (12), (15) — (22) (24), (25) (28), (29) 7, (30) 1403217 где Ь вЂ” известный коэффициент.

Аналогично из блока 3 задатчиков уставок на управляющие входы источников 22 и 23 тока, входящих в состав ограничителей 9 и 14 тока, поступают величины Рл1, Рл;, Р„„, Р„„, устанавливая величину тока этих источников соответственно

Тл b Pai (32) (33) 1

?г„= Ь Рг (34) (35) Рассмотрим работу ограничителя 9 тока, обозначив через I I.g

? I 1, I ., I g 2 соответственно TQKH>

D»i протекающие через ограничитель 9, резисторы 20 и 21, диоды 18 и 19 (положительным будем считать направление от резистора 20 к резистору 21) °

Очевидно, что

I„< = I«, I>«+ Ië1

N л = I 2»+ I@2»+I л» 111, т„„ о R»i

I<2;. Ъ 0

Х«, I „;=0

Ig2» 122» =О (36) У = 1„+ I >;K I,K

1»

I K = Ia2N + а1к+ гк

Хэь 7i О

Х1 2„ О (0

Х,„4 О х „=о тц,„= о К1К

Ик де I q„ (37) — ток k-го ограничителя 14 тока.

Устройство функционирует следующим образом.

Иэ блока 2 телеизмерений на управляющие входы источников 15 тока поступают величины P „, устанавливая гк» величину тока этих источников

Ргк (31) Сравнивая (15) — (18) с (32) (36), замечаем эквивалентность этих соотношений при т =ЬР+.

М! hi (. = b I,, Qi =-ь IR»;

0, =-Ь Х В2».

01 Ь I Р2 (38а) Аналогично можно показать, что ук

= Ь 111„, К й»К>

М = — b I 2„ 1к= 5 кг . (386)

Величины Р „„удовлетворяют соотношению (9) . Отсюда и из (31) следует, что

1» .> I,„„= =0. (39)

k=1

Напряжения UK на интеграторах изменяются в зависимости от их токов 1»к

dUN

G I

NK (40) 30

У интегратора 12-1, соответствующего базовому узлу, коэффициент

G 1 = О и поэтому напряжение На нем

"1 (41)

Напряжение 1, íà i-м источнике

10-i тока и напряжение Д, íà i-м источнике 11-i тока подаются на входы

i-го блока моделирования, который

40 вырабатывает на своих выходах сигналы

I . = by. (45) соответственно.

В электрической цепи устройства токи и напряжения удовлетворяют следующей системе уравнений законов

55 1 ирхгофа: (46) (47) У K 1 х; = а< ein Я;; (42)

У,. = а, Ii cos й„ (43)

Эти сигна;,,ы поступают на управляю45 щие входы источников 10-i и 11-i тока соответственно, устанавливая величину токов этих источников

I„; = bx; (44) 1403217

E

Еэк

1=0

:> Е„, к= а; =- ".С. (устойчивости, быстродействия, величины перерегулирования) .

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

В результате этого меняются текущие значения регулируемых параметров энергосистемы. После следующего цикла измерения соответствующие телесигналы вновь подаются на управляющие входы источников 15 тока, в результате чего образуется замкнутый контур системы регулирования. (48) к ni

I (49) 5 (50) — О (r 2к

Рк, UNi i к=! к Е Rÿê (51) 10 где I <„ток, протекающий через

k-й усилитель 16, Таким образом, при определенных фиксированных напряжениях U к в электрической цепи устанавливают токи

Е1 ° Еикэ Ечк э Еукз Еле э Ig«э Е Й2<

I RfEc p I к у I2ii у ID2j у Е1)1ку Iy)l( и напряжения d i 1, удовлетворяю- 20 щие системе уравнений ((36), (37), (39), (42) — (5 1)J . (52)

В зависимости от значений токов

Е„к по (4 1) изменяются напряжения

,Пк, что в соответствии с системой уравнений (52) приводит к изменению токов Е к и т.д. Процесс продолжается до тех пор, пока токи I „„ 4 О.

При I ик = 0 переходный процесс пре- 30 кращается. В целом параметры устройства удовлетворяют системе уравнений

f(36), (37), (39) — (5 1)7. (53)

Системы уравнений (53) и (30) сов- З5 падают с точностью до обозначений.

Поэтому, если положить, что

RÄ = 2q,/b ;

R ; = 2d;/Ü

В 1к 2Ек/Ь е

R к = 2щк/b

Я гк = 2h„/b

2 то Хч, =ЬU „ 45

Устройство автоматического регулирования перетоков активной мощности в энергосистеме, содержащее блок телеизмерения регулируемых параметров, состоящий из датчиков генерируемых мощностей, вход которого соединен с энергосистемой, а выход объединяет выходы датчиков генерируемых мощностей, блок задатчиков уставок, выход которого объединяет выходы задатчиков уставок по перетокам мощности и по генерируемым мощностям, и управляющий блок, связанный своим выходом через канал управления мощностью регулирующих объектов с энергосистемой, причем управляющий блок содержит блок формирования управляющих воздействий, выход которого соединен с входом блока корректирующих фильтров, выход которого является выходом управляющего блока в целом, блок формирования управляющих воздействий выполнен из имитаторов узлов энергосистемы, количество которых равно количеству узлов энергосистемы, имитаторов линий электропередач, количество которых равно количеству линий электропередач энергосистемы, первой и второй групп управляемых источников тока, количество которых в каждой группе равно количеству имитаторов линий электропередач„ интеграторов, количество которых равно количеству имитаторов узлов энергосистемы, и блоков моделирования зависимости перетоков активной мощности по линии электропередач от разности фаз узловых напряжений, количество которых равно количеству имитаторов линии электропередач, каждый имитатор линии электропередач

Таким образом, при прекращении переходного процесса токи 1 „„ усилителей 16 становятся пропорциональными искомым управляющим воздействиям U к, т.е. сигналы на выходах этих усилителей оказываются пропорциональными управлениям U к. Эти сигналы подают— ся на входы блока 6 корректирующих фильтров. Блок 6 выбирается известным в технике автоматического регулирования образом из соображений обеспечения необходимого качества динамического процесса регулирования

Формула изобретения

403217

25

45

ll имеет два функциональных и два управляющих входа, а каждый имитатор узла энергосистемы имеет еще и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока формирования управляющих воздействий в целом, первые управляющие входы всех имитаторов узлов энергосистемы образуют в совокупности первый вход блока формирования управляющих воздействий, связанный с выходом блока телеизмерений, 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, последовательно с каждым имитатором линии электропередач включен один из управляемых источников тока первой группы, управляемые источники тока второй группы и интеграторы соединены между собой аналогично соединению концов имитируемых линий электропередач с имитируемыми узлами энергосистемы, причем каждая пара управляемых источников тока, в которой один из них принадлежит первой группе, другой принадлежит второй группе, а обе соответствуют одной и той же имитируемой линии электропередач, подключена к одному из упомянутых блоков моделиро.вания так, что.первый двухпроводный его вход включен параллельно с управляемым источником тока первой группы, второй двухпроводный его вход — с управляемым источником тока второй группы, первый его выход соединен с управляющим входом управляемого источника тока. первой группы, второй выход — с управляющим входом управляемого источника тока второй группы, 12 каждый имитатор узла энергосистемы содержит усилитель, резистор и управляемый источник тока, причем последний включен параллельно соединенным последовательно усилителю и резистору, а его управляющий вход является входом имитатора узла энергосистемы, отличающее с я тем, что, с целью повышения экономичности и надежности энергоснабжения, каждый имитатор линии электропередач выполнен в виде включенного между его функциональными входами ограничителя тока с двумя управляющими входами, каждый имитатор узла энергосистемы дополнительно содержит ограничитель тока с двумя управляющими входами, причем этот ограничитель включен последовательно с управляемым источником тока между функциоиальными входами этого имитатора, каждый ограничитель тока содержит два управляемых источника тока, управляющий вход каждого из которых является управляющим входом ограничителя тока, два диода и два резистора, причем диоды включены между функциональными входами ограничителя тока последовательно и в противоположных направлениях, параллельно каждому диоду включены один из резисторов и один из управляемых источников тока, при этом управляющие входы ограничителя тока во всех имитаторах 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 мощности, а управляющие входы ограничителей тока имитатора узла энергосистемы подкяючены к выходам задатчиков уставок по генерируемым мощностям. l403217 !, ФФ

Ф.

1403217

Составитель К.Фотина

Текред Л.Сердюкова

Корректор О.Кравцова

Редактор Е.Копча

Тираж 650

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2874/48

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4