Устройство для распределения активной мощности в энергосистеме

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - расширение области использования путем распространения на энергосистемы с кольцевыми связями. Устройство содержит блок телеизмерений регулируемых параметров, блок задатчиков прогнозируемых значений нагрузок, блок задатчиков уставок, блок зацат

1 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (21) Ц22 4 Н 02 J 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф\

° °

Фю

Фиа.2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4288528/24-07 (22) 23.07.87 (46) 07.02.89. Бюл. ¹ 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) С.И. Хмельник (53) 621.316. 728(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1150700, кл. Н 02 J 3/06, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1387099, кл. Н 02 J 3/06, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ .

АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — расширение области использования путем распространения на энергосистемы с кольцевыми связями. Устройство содержит блок телеизмерений регулируемых параметров, блок задатчиков прогнозируемых значений нагрузок, блок задатчиков уставок, блок задать

1457061

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для оперативной коррекции распределения генериРуемой активной мощности.

Целью изобретения является расширение области использования, в частности в энергосистемах с кольцевыми связями.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — блок формирования управляющих воздействий; на фиг. 3 и 4 — имитаторы узла энергосистемы и линии электропередач соответственно.

Устройство содержит соединенный с энергосистемой 1 блок 2 телеизмерений регулируемых параметров, блок

3 задатчиков уставок, блок 4 задатчиков плановых значений генерируемых мощностей, блок 5 задатчиков прогно1 зируемых значений нагрузок и блок 6 формирования управляющих воздействий, выход которого через канал 7 управления мощностью регулирующих объектов связан с энергосистемой 1.

11!есть входов блока 6 соединены с выходами блоков 2-5, I

Первые.и вторые управляющие входы всеМ имитаторов 8„и 9„образуют в совокупности первый вход блока 6, связанный с выходом блока 3, причем первые и вторые управляющие входы имитаторов 9 линий электропередач

ЗО подключены к выходам задатчиков

3», 3,, .. ° уставок по перетокам

»< 9 <»» мощности, а первые и вторые управляющие входы имитаторов узла 8„ энергосистемы. подключены к выходам задатчиков 3, 3, ... уставок

35 по генерируемым мощностям.

Третьи и четвертые, пятые и шестые управляющие входы всех имита-. торов 8 узла энергосистемы обра- . зуют в совокупности соответственно второй, третий, четвертый и шестой входы блока 6 в целом. Третьи управчиков прогнозируемых значений нагрузок, подключенные к блоку 6 формирования управляющих воздействий.

Имитаторы 8, -8„узлов энергосистемь< и имитаторы 9< -9 линий электропередачи входят в состав блока 6 формирования управляющих воздействий, Имитаторы 8< — 8„, 9, — 9» содержат источники тока, управляемые напряжением, резисторы, сумматоры, инБлок 2 телеизмерений состоит из отдельных датчиков 2<, 2< генерируемых мощностей, датчиков

2,, 2,, ..., мощностей нагрузок, датчиков 2з,, 2> ... мощностей перетоков. Блок 3 задатчиков уставок состоит из отдельных задатчиков

3», 3,, ... уставок по перетокам

» <2» мощности, задатчиков 3 „, 3 уставок по генерируемым мощностям.

Блок 4 задатчиков плановых значений генерируемых мощностей состоит из отдельных задатчиков 4», 4, теграторы, источники напряжения.

В электрической цепи, составленной из перечисленных элементов, минимизируется мощность тепловых потерь,. что эквивалентно задаче квадратичного программирования, решаемого при коррекции распределения активных мощностей в энергосистемах, в том числе и с кольцевыми связями, 4 ил. плановых значений генерируемых мощностей. Блок 5 задатчиков прогнозируемых значений нагрузок состоит из отдельных задатчиков 5», 5z... прогноэируемых значений нагрузок.

Блок 6 формирования управляющих воздействий (фиг. 2) выполнен из имитаторов 8„, 8, ..., 8„, ... узла энергосистемы и имитаторов 9», 9, 9;, ... линий электропередач, количество которых определяется количеством узлов и линий электропередач энергосистемы.

15 Первые функциональные входы всех имитаторов 8 узлов энергосистемы объединены. Вторые функциональные входы этих имитаторов 8 присоединены к общей шине.

20 Управляющие выходы имитаторов S узла энергосистемы образуют в совокупности выход блока 6.

10 к К

P ° ь и гК

Ргк и

Рнк (4) P

4 л (6) к гк (7) 1457061

4 ляющие входы всех имитато ов 9; д митаторов 9; ли- где h, g„известные коэффициенты; нии электропередач образ ют в совор зуют в сово- P, — генерируемая мощность купности четвертый вход блока 6 в k--ro узла в т.екущий мо целом. При этом второй, третий

° . (р у и четвертыи его входы связаны соот- Є— генерируемая мощность ветственно с первым, вторым и третьим к-ro узла в,расчетныи выходами блока 2, пятый его вход свямомент времени;. зан с выходом блока 4, шестой его Р„„— наг у — нагрузка k-го узла в те вход связан с выходом блока 5. кущий момент времени

Выходы всех имитаторов 8 к узла

С присоединены к групповому входу каждо- к

P - пр or но зир уемо е з нач ени е го имитатора 9, линии электропередач. кк

Выходы всех имитаторов 9; линии электропередач присоединены к групповола в расчетныи момент врему входу каждого имитатора 8„ узла.

У

Каждый имитатор 8„узла энергосистемы (фиг. 3) содержит первый 10, — узловые (суммар ные) мощно« второй 11 и третий 12 управляемые иссти Е-го узла в моменты

Ф точники тока с управляющими входами, времени и t соответстограничитель 13 тока с двумя управляющими входами, первый усилитель 14, переток мощности по i-й первый 15 и второй 16 резисторы, четлинии электропередач в тевертый 17 и пятый 18 управляемые кущий момент времени t; источники тока сумматор 19 управУ Ф 25

Р„, — переток мощности по i-й лиляемый источник 20 напряжения и втонии электропередач в расрой усилитель 21. четный момент времени

+ °

Каждый имитатор 9 линии электро- плановое значение генерипередач (фиг. 4) содержит сумматор руемои мощности k-го узла

22, интегратор 23, резистор 24, упв расчетный момент времени равляемый источник 25 тока, ограничи30 . t °

Ф тель 26 тока. гк

Вначале рассмотрим математическую

Р" — п предельные значения (наипостановку задачи оперативной коррекменьшее и наибольшее сооти, решаемой пр лагаемым устройст- ветственно) генерируемых вом.. Она состоит в следующем. Необходимо найти генерируемые мощности

Р; рк

P,„k-x узлов в определенный момент времени С, для которого известны — коз+- и прогнозируемые нагрузки P в этих нк узловой мощности на i-й же узлах и плановые значения генери- 40

pyeMbIx мощностей р этих же узлов В этой задаче показатель качества кк от ажает

Генерируемые мощности должны быть тРажает тРебованиЯ по минимизаЦии выбраны таким образом, чтобы миниизменения генерируемых мощностей мизировать показатель качества т при (. рмула (1) первыи член, и по ми (йо м ла (1) условиях

45 нимизации отклонения от планового режима (формула (1), второй член) . При (+ Р ) (P* ) этом, выбирая определенным образом к гк гK @к гк гк э к= коэффициенты h è g можно для не-, P = P (2) которых (маневр енных) электростанций кк нк ю снять последнее требование, а для (3). других (базовых) электростанций сделать это требование превалирующим

01. над первым.

Благодаря воэможности реализации

Ык, (Р к Р к ) у (5) . 5 уравнения (5) предлагаемое устройство, в отличие от известного, применимо для энергосистем с кольцевыми связями. Условие (4) отражает требоГк гк t ванне по стабилизации частоты.

1457061

Т !к» Ткк °

Ти!

- токи, протекающие через резисторы 15 к, 16к»

24; соответственно; — ток управляемого источника 20к напРЯжениЯ;

Так

I f к 9 Т»!К»

Тнк» Т гк к токи управляемых источников тока 10, 11, 12, 17, 18 и 25 соответственно; токи, протекающие через ограничители 13 к и

26„ тока соответст" венно; к

1 н

Т »к ь Ток 9

Т,, I — предельные значения токов Ij» и Т к

Vj, M к — напряжения на выходах усилителей 14 к и 21к соответственно;

Ех — напряжение управляемого источника напряжения го„;

1; - напряжение на выходе интегратора 23„

- напряжение на выходе сумматоров 19 К и 22; соответственно, В этой цепи соблюдается, соответственно» первый закон Кирггофа» т.е. (8) I„ ð (9) (10) (11) (12) Ток Тнк ь

Тк Тгк Тек

Ток

Inê+ Тккь

Т„+

In, 9 ок (13) I„- =О.

1 !

Итак, предлагаемое устройство решает задачу минимизации показателя качества I при условиях (1) - (7), . 9 % где неизвестные Р„,, Р„, Р1 к ь Р. кЕ а данными являются Р„„, Рнк » Р„;, ! 11 j 1t

Ркк ь Рек ь Р к 9 Рл! ь Рл, 9 и коэффициенты !1„, g К„,. Эта задача решается электрической цепью, являющейся моделью энергосистемы и, одновременно., физической моделью задачи. Эта электрическая цепь образуется в блоке 6 формирования управляющих воздействий и имеет следующие компоненты и параметры:

К„, Р— сопротивления резисторов 15» 16 „, 24; соответственно;

Токи ограничителей 13 и 26, как показано в выражении для известного устройства, удовлетворяют соотношениям

1 lI

ТОк IOÊ вЂ” ТОК ь

1 Й

Тл! Тл! Тл, * (14) (15) Для источника 20 к напряжения и усилителя 21„ имеют место соотношения (16) (17) Ек а к;

111 к Ь Т е к ь к,г» „; 1; . (18)

1в!

Сумматор 22; реализует соотношение

25 и

; у „,.w„. (19)

Ке!

В формулах (18) и (19) коэффициенты „; перед слагаемыми принимаются

gp равными коэффициентам в соотношении (5).

Напряжение ф на выходе интегратора 23; удовлетворяет соотношению

61;

35 — + иТ

dt u

Совмещая (16) - (29) а 1иЬ

»! ,„ - р(., Т,„

К„- Kr„.1,„, 1L!

Уравнения (21) и (22) нить системой уравнения

45 П. ек! ьк (20) находим при

+ т„,); (г1) ао (22) можно замевида

I„; ); (23) х к! Iõ !! Г Е к в!

Т„= KI к

1; =, 1„;;

К „ ъ d1 к!

dt к dt (24) (25) (26) (27) (28) Уравнения вида (23) и (24) относительно напряжений Е„,, 1„; и токов где а, Ь вЂ” константы.

Сумматор 19к совместно с источником 20к напряжения реализует соотношение

20 . е

7 14570 описывают некоторые элементы, имеющие физическую интерпретацию в виде электромашинных преобразователей (ЭМП), Таким образом, можно полагать, что электрическая цепь

5 устройства состоит из источника тока, резисторов, диодов и ЭМП. В такой электрической цепи всегда достигается установившийся режим, при

10 котором

0 (29)

de а система дифференциальных уравне. ний, описывающих данную электрическую цепь, имеет решение, которое является единственным, устойчивым и не зависит от начальных условий.

В установившемся режиме функции

ЭПМ с овпадают с функциями трансформатора постоянного тока. Относительно электрических цепей с трансформаторами постоянного тока известно, что в них минимизируется мощность тепловых потерь при ограничениях, ко- 28 торыми являются уравнения первого закона Кирхгофа, неотрицательность токов, протекающих через диоды, и связь между токами первичных и вторичных обмоток трансформаторов постоянного тока, В случае ЭПМ эта связь следует из уравнений (23) и (29), откуда получаем

61 кк

4(Р

<Тп л

a I) л

II

Р.к =

P °

Р к = oL

Ф

Рл1 = 0L

Ihw л

Ть л

h = rÄ/к2 r

Итак, задача минимизации тепловых потерь в электрической цепи устройства полностью эквивалентна задаче минимизации показателя качества

I при оперативной коррекции распределения перетоков активной мощности в энергосистеме при условиях (1) — (7) .

Рр =

+ к

Рл =

P

Л

II

Ргк !

Р. =

P ° = лв ч

Р к

Р

Al

IlP.к—

М. ? р, нкл еС (I,„— 1, ); (34)

oL Irk i кл (о IО„1 и

oL Iîê у

i л

Л; „; т,„+ I,; - о. (зо)

Из (30) и (26) следует

, у, (31)

К с{

Итак, в рассматриваемой электрической цепи минимизируются тепловые потери и 8

Q =, .(R, + Т r ) + QIÄ -p(32) к 1%I при ограничениях (8)-(1S) и (31). При

fl«R „и р «г „последним членом в (32) можно пренебречь. и

Q = ) (Т. „R„+ I2 r ) (33)

К!

Задача минимизации Q при условиях (8) - (1S), (3 1.) и (33) совпадают с задачей минимизации I при условиях (1) и (7), если положить, что

Ргк

%PP. -CCIoK л

Устройство функционирует следуюЗВ щим образом.

Из блока 2 телеизмерений на управляющие входы источников 10 тока поступают величины Р,„, устанавливая

40 значение тока этих источников в соответствии с (2) . Таким образом, токи источников 10 становятся равными величинам IÄÄ, пропорциональным генерируемым мощностям, в соответствии с (34). Аналогично из этого же блока на управляющие входы источников 17, 18 и 25 тока поступают величины Р „, Рн„, Р„,, соответственно, устанавливая токи Т „, Х „, I, этих источников в соответствии с (34). Из блока задатчиков плановых значений генерируемых мощностей на управляющие входы источников 11 тока поступают величины Р „, устанавливая значение тока

?„„ ЭТИХ ИСТОЧНИКОВ В СООТВЕТСТВИИ с (34) ° Из блока 5 задатчиков прогно.зируемых значений нагрузок на управляющие входы источников 12 тока поступают величины Р к, устанавливая

14 57061 (35}

PrK PrK

Эти сигналы поступают через канал .

7 и в энергосистему 1 для изменения 45 мощности регулирующих объектов на величину (35) к тому моменту, для которого в блоках 4 и 5 установлены плановые значения генерируемых мощностей и прогнозируемые значения на- 50 грузок.

Формула и з обр ет ения

Устройство для распределения активной мощности в энергосистеме, содержащее блок телеизмерения, состоящий из датчиков генерируемых мощностей, мощностей нагрузок и мощно значение тока этих источников в соответствии с (34) .

Из блока 3 задатчиков уставок на управляющие входы ограничителей 13

I и 26 тока поступают уставки Р „, Р ll

Р. Ph,, ) Pll, ) устанавливая в соот ветствии с (34) значения токов соотl ll l И ветственно I„,,1„, I;, I; . Тем самым реализуются ограничения (14) 10 и (15) .

Напряжение 1; с выхода интеграторов 23, поступают на входы сумматоров 19, а напряжения f „ñ выходов этих сумматоров подаются на управ- 15 ляющие входы источников 20 напряжения Е . Токи, I< этих источников протекают также через усилители. 21 с малым входным сопротивлением, не влияющим на распределение токов в имитаторах 8 „. Напряжения M с выходов этих усилителей поступают на входы сумматоров 22;, а напряжения ф, с выходов этих сумматоров поступают на входы интеграторов 23; 25

Как указано ранее, по окончании переходного процесса токи этих интеграторов и источников 20 напряжения принимают значения, определенные соотношением (31), При этом в резисторах 16ц и 15 устанавливаются токи I „ è Iq< минимизирующие тепловые потери (33). Токи 1„„ протекают через усилители 14 (с малым входным сопротивлением, не влияющим

Ç5 на распределение токов), Таким образом, сигналы на выходах усилителей

14 оказываются пропорциональными токам I„ или, как следует из (34) величинам

40 стей перетоков, nepabN второй и третий выходы которого объединяют соответственно выходы датчиков генерируемых. мощностей, мощностей нагрузок и мощностей перетоков, а вход соединен с энергосистемой, имеющей канал управления мощностью объектов, блок датчиков уставок, выход которого объединяет выходы задатчиков уставок, 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 нагрузок, и блок формирования управляющих воздействий, выполненный из имитаторов узлов энергосистемы и имитаторов линий электропередач, количество которых определяется количеством узлов и линий электропередач энергосистемы, а каж» дый имитатор узла энергосистемы имеет два функциональных входа и управляющий выход, причем эти выходы образуют в совокупности выход блока формирования управляющих воздействий в целом, подключенный к энергосистеме через канал управления мощностью регулирующих объектов, первые функциональные входы всех имитаторов узлов энергосистемы объединены, вторые функциональные входы этих имитаторов подсоединены к общей шине, каждый имитатор линии электропередач содержит ограничитель тока с двумя управляющими входами, которые являются первым и вторым управляющими входами этого имитатора, каждый имитатор узла энергосистемы содержит первый усилитель, первый, второй и третий управляемые источники тока, первый и второй резисторы и ограничитель тока с двумя управляющими

1 входами, которые являются первым и вторым входами имитатора узла, причем этот ограничитель включен последовательно с первым управляelm источником тока, а параллельно первому управляемому источнику тока включены последовательно соединенные усилитель и первый резистор, выход первого усилителя является управляющим выходом имитатора узла в целом, второй управляемый источник тока включен последовательно с ограничителем тока и первым управ12

35

14570 ляемым источником тока, а эта цепочка включена параллельно третьему управляемому источнику тока, второй резистор включен параллельно второму управляемому источнику тока, управляющие входы первого, второго и третьего управляемых источников тока являются соответственно третьим, четвертым и пятым управляющими входами этого имитатора, при этом третьи управляющие входы всех имитаторов узлов образуют в совокуп" ности второй вход блока формирования управляющих воздействий, соединенный с первым выходом блока телеизмерений, четвертые управляющие входы всех имитаторов узлов образуют в совокупности третий управляющий вход блока формирования управ- рб ляющих воздействий, соединенный с выходом блока задатчиков плановых значений генерируемых мощностей, пятые управляющие входы всех имитаторов узлов образуют в совокуп- 2б ности четвертый управляющий вход блока формирования управляющих воздействий, соединенный с выходом блока задатчиков прогноэируемых значений нагрузок, а управляющие входы ограничителей тока во всех имитаторах образуют в совокупности первый управляющий вход блока формирования управляющих воздействий в целом, соединенный с выходом блока задатчиков уставок, причем управляющие входы ограничителей тока имитатора линии электропередач подключены к выходам задатчиков уставок по перетокам мощности, а управляющие входы ограничителей тока имитатора узла энергосистемы подключены к выходам задатчиков уставок по генерируемым мощностям, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области использования, в частности и в энергосистемах с кольцевыми связями, в каждый имитатор узла дополнительно введен четвертый и пятый управляемые источники тока, управляемый источник напряжения, второй усилитель и сумматор, при этом управляющий вход четвертого управляемого источника тока присоединен к третьему управляющему входу имитатора узла, управляюший вход. пятого управляемого источника тока является шестым входом имитатора узла, управляющий вход уп- равляемого источника напряжения соединен с выходом сумматора, входы которого образуют групповой вход имитатора узла, последовательно с тре» тьим управляемым источником тока включен четвертый управляемый источник тока, а параллельно ему включены пятый управляемый источник тока и последовательно соединенные управляемый источник напряжения и второй усилитель, в каждый имитатор линии электропередач дополнительно введены сумматор, интегратор, резистор и управляемый источник тока, управляющий вход которого является третьим управляющим входом этого имитатора, входы сумматора образуют групповой вход этого имитатора, выход сумматора подключен к входу интегратора, параллельно ограничителю тока включены управляемый источник тока и последовательно соединенные резистор и интегратор, а выход интегратора является выходом имитатора линии электропередач, при этом управляющие входы всех имитаторов линий электропередач образуют в совокупности пятый вход блока формирования управляющих воздействий, соединенный с третьим выходом телеизмерений, шестые управляющие входы всех имитаторов узлов образуют в совокупности шестой вход блока управляющих воздействий, соединенный с вторым выходом блока телеизмерений„ выходы всех имитаторов узлов присоединены к групповому входу каждого имитатора линии электропередач, а выходы всех этих имитаторов присоединены к групповому входу всех имитаторов узлов.

1457061

1457061

Составитель К. Фотина

Техред Л. Сердюкова Корректор А. Обручар

Редактор Н. Лазаренко

Заказ 7559/52

Тираж 605

Подписное

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

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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