Автоматический регулятор конденсаторных батарей

 

Использование: в электроэнергетике. Устройство позволяет компенсировать реактивную мощность в распредсети промышленных предприятий, обеспечивая требования энергосистемы к потреблению реактивной мощности из ее сети в различных режимах электропотребления. Сущность изобретения: устройство состоит из n датчиков, реактивной мощности, установленных на вводе отдельных узлов, и m-n датчиков реактивной мощности, установленных на вводе предприятия, выходы всех датчиков подключены к входам вычислительного устройства. К двум другим входам вычислительного устройства подключены входы задатчика уставок входной реактивной мощности на вводе предприятия и задатчика эквивалентных сопротивлений. Выходы вычислительного устройства подключены к входам исполнительных органов, осуществляющих включение и отключение секций конденсаторных батарей. 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть применено на всех предприятиях народного хозяйства для управления компенсирующими установками по минимуму потерь электроэнергии в сети предприятия.

Известен ряд устройств управления компенсирующими установками. Все они содержат чувствительную часть, орган выдержки времени, выходную часть. Такие устройства существенно отличаются друг от друга тем, по какому признаку ведется управление: по величине фазового сдвига между током и напряжением (а.с. N 1097991, кл. G 05 F 1/70); по величине реактивной мощности и напряжению (кл. G 05 F 1/70, а.c. N 941969); по величине значения cos ϕ (а.с. N 1108420, кл. G 05 F 1/70); реализующее специальный закон управления (а.с. N 1096628, кл. G 05 F 1/70).

Однако эти устройства осуществляют управление локально, т.е. в отдельных узлах электросети предприятия.

Известно устройство автоматического регулирования (а.с. N 1259237, кл. G 05 F 1/70 (дополнительное к а.с. N 1096628). Это устройство производит управление компенсирующими устройствами предприятия, поддерживая постоянной величину входной реактивной мощности. При этом выбор включаемой или отключаемой секции конденсаторной батареи производится из условия минимума или максимума произведения квадрата реактивной мощности, протекающей в одной из отходящих линий электросети предприятия, на сопротивление данной отходящей линии. Данное устройство не позволяет поддерживать оптимальным распределение входной реактивной мощности при одновременном разнополярном изменении реактивной мощности в нескольких отходящих линиях при неизменной входной реактивной мощности.

Прототипом предлагаемого регулятора является устройство, которое состоит из датчиков реактивной мощности, установленных в узлах нагрузки, выходы которых подключены к входам вычислительного устройства, к двум другим входам вычислительного устройства подключены выходы задатчика уставок входной реактивной мощности и задатчика сопротивлений отходящих линий. Выходы вычислительного устройства подключены к входам исполнительных органов, осуществляющих включение и отключение секций конденсаторных батарей.

Датчики реактивной мощности, установленные в местах размещения компенсирующих устройств, контролируют входные реактивные мощности, протекающие по сетям, отходящих линий распределительной сети предприятия. Информация об этих мощностях поступает на вычислительное устройство. По значению информации, поступающей из задатчика уставок входной реактивной мощности, вычислительное устройство определяет исходные уставки входной реактивной мощности Q_эi для каждого узла распредсети предприятия, исходя из условия минимума потерь активной мощности и сравнивает их с фактическими значениями входных реактивных мощностей Q_фi, информация с которых поступает с датчиков.

При несовпадении величин Q_фi и Q_эi вычислительное устройство вырабатывает сигнал на включение или отключение, который поступает на соответствующий исполнительный орган.

При использовании устройства автоматического регулирования батарей конденсаторов, описанного в прототипе, существует зона нечувствительности регулятора, равная мощности секции БК Q_сi, если в отдельных узлах имеются отклонения Q_фi от Q_эi в пределах этой мощности, то регулятор не сработает, так как на вводах всех узлов, в которых установлены БК, приближенно (с точностью до Q_сi) соблюдается условие по входной мощности (условие оптимальности потокораспределения) О < I Q_фi Q_эi I< Q_ci (1) И вследствие этого на вводе предприятия накапливается суммарная ошибка регулирования Δ Q, равная сумме этих отклонений: ΔQ (Q_фi-Q_эi) (2) Значение фактической реактивной мощности, потребляемой предприятием Q_ф с учетом ошибки регулирования Δ Q и входной реактивной мощности, заданной энергосистемой Q_э, будет записано в следующем виде: Q_ф Q_э + Δ Q (3) или
ΔQ Q_ф Q_э (4) Ошибка регулирования Δ Q, вызванная дискретностью управления, может принимать величину значительно большую, чем мощность зоны нечувствительности, т.е.

I Δ Q I >> Q_cmin (5)
В случае аварийной ситуации (например, нарушение связи между вычислительным устройством и одним из датчиков, установленных на вводе отдельных узлов нагрузки) значение суммарной ошибки регулирования на вводе предприятия может принять еще большее значение, что приведет к нарушению требований энергосистемы по входной мощности на вводе предприятия и штрафным санкциям.

Также при использовании данного устройства в реальных промышленных сетях могут быть узлы, в которых по разным причинам (например, по условиям окружающей среды) отсутствуют батареи конденсаторов и приборы учета, что существенно сокращает область использования данного устройства.

Целью настоящего изобретения является расширение области применения регулятора, повышение надежности и точности управления компенсирующими устройствами в электрических сетях промышленных предприятий в различных режимах электропотребления.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее n датчиков реактивной мощности, установленных в узлах нагрузки, выходы которых подключены к входам вычислительного устройства, к двум другим входам вычислительного устройства подключены выходы задатчика уставок входной реактной мощности и задатчика сопротивлений отходящих линий. Выходы вычислительного устройства подключены к входам исполнительных органов, вводятся (m-n) датчиков реактивной мощности, установленных на вводе предприятия, которые подключены к входам вычислительного устройства.

Использование датчиков реактивной мощности на вводе предприятия позволяет расширить область применения регулятора прототипа, повысить надежность его работы и значительно снизить ошибку регулирования, обусловленную дискретностью регулирования в узлах нагрузки, и в конечном счете обеспечить требования энергосистемы к потреблению реактивной мощности из ее сети в различных режимах электропотребления.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что не обнаружены устройства со сходными признаками и сходными свойствами. На основании этого можно сделать вывод, что предложенное устройство соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена блок-схема автоматического регулятора конденсаторных батарей.

Устройство состоит из n датчиков реактивной мощности 1₁-1_n, установленных на вводе отдельных узлов и m-n датчиков реактивной мощности 1_n+1 1_m, установленных на вводе предприятия, выходы датчиков 1₁.1_m подключены к входам вычислительного устройства 2. К двум другим входам вычислительного устройства 2 подключены входы задатчика 3 уставок входной реактивной мощности на вводе предприятия и задатчика 4 эквивалентных сопротивлений. Выходы вычислительного устройства 2 подключены к входам исполнительных органов 5₁-5_n, осуществляющих включение и отключение секций конденсаторных батарей.

Датчики реактивной мощности 1₁-1_n, установленные в местах размещения компенсирующих устройств, служат для контроля входных реактивных мощностей, протекающих в узлы нагрузки предприятия.

Датчики реактивной мощности 1_n+1-1_m, установленные на вводе предприятия, служат для контроля входной реактивной мощности, потребляемой предприятием из сети.

Устройство работает следующим образом.

Информация о мощностях с датчиков 1₁-1_m поступает в вычислительное устройство 2. На другие входы вычислительного устройства 2 поступает информация с задатчика 3 уставок входной реактивной мощности и задатчика 4 эквивалентных сопротивлений.

Вычислительное устройство 2 по показаниям датчиков, которые размещены в узлах нагрузки и на вводе предприятия, определяет разницу показаний датчиков
ΔQ_n=Q_фi-Q_фi
(6.1) где Q_фi значение входной реактивной мощности на вводе предприятия по датчикам реактивной мощности 1_n+1.1_m;
Q_фi значение входной реактивной мощности на вводе предприятия по датчикам реактивной мощности 1₁.1_n.

Если значение разницы показаний на вводе предприятия Δ Q_n, отличное от нуля (например, в случае обрыва линии связи между вычислительным устройство и К-м узлом нагрузки), то вычислительное устройство записывает новое значение для входной реактивной мощности для К-го узла нагрузки
Q_фк Δ Q_n (6.2)
Если значение входной реактивной мощности К-го узла по показаниям датчиков 1₁.1_n соответствует
Q_фк 0 (6.3)
Вычислительное устройство 2 определяет исходные уставки входной реактивной мощности для каждого узла распределительной сети предприятия, исходя из условия минимума потерь активной мощности во всех возможных режимах электропотребления.

ΔP Q²_эiR_эi=min
(7) где U_н номинальное напряжение сети;
R_эi эквивалентное сопротивление сетей предприятий i-го узла;
n количество узлов, в которые распределяется величина Q_э.

При соблюдении условия баланса реактивной мощности на вводе предприятия
ΣQ_эi=Q_э
(8) и технических ограничений
Q_кi ≥ 0 (9) где Q_кi мощность секции конденсаторной батареи, которая должна быть включена в i-м узле, чтобы обеспечить оптимальное значение входной реактивной мощности в этот узел
Q_эi Q_фi Q_кi (10)
Решая совместно уравнения (7) и (8) и используя функцию Лагранжа
λ
(11) получаем выражение для определения оптимального значения входной реактивной мощности в i-й узел сети (оптимальную уставку на вводе i-го узла)
Q_эi
(12)
Вычислительное устройство 2, используя выражение (12), определяет уставки входной реактивной мощности для каждого узла нагрузки распредсети и сравнивает их с фактическими значениями реактивных мощностей, информация о которых поступает с датчиков реактивной мощности 1₁-1_n.

Если в одном или нескольких узлах отсутствуют батареи конденсаторов и приборы учета, то вычислительное устройство 2 корректирует значение уставки на вводе предприятия Q_э в формуле (12) на величину, потребляемую этими узлами. При этом значение новой уставки Q_э' будет определяться по выражению
Q=Q_э-Q_фi-Q
(13)
При несовпадении значения реактивной мощности, поступающего с датчика 1_i с соответствующей уставкой входной реактивной мощности Q_эi, вычислительное устройство 2 вырабатывает сигнал на включение или отключение одной или нескольких секций конденсаторной батареи, который поступает на соответствующий исполнительный орган 5_i. Количество секций, которые необходимо включить или отключить, определяется вычислительным устройством 2 по выражению
N
(14) где Q_фi фактическая реактивная мощность i-го узла нагрузки, кВАр;
Q_с реактивная мощность одной секции конденсаторной батареи, кВАр.

Кроме того, вычислительное устройство 2 производит текущий контроль количества включенных секций конденсаторных батарей. При невыполнении технического ограничения (9) в одном или нескольких узлах нагрузки вычислительное устройство 2 производит корректировку значений эквивалентных сопротивлений данных узлов по выражению
R_i(m+1)=R
(15)
где R_i(m+1) условное активное эквивалентное сопротивление сетей i-го узла при (m+1)-й итерации;
R_im условное активное эквивалентное сопротивление сетей i-го присоединения при m-й итерации;
Q_эim оптимальная входная реактивная мощность, распределяемая в i-й узел при m-й итерации.

Затем вычислительное устройство 2 производит корректировку уставок входной реактивной мощности по отдельным узлам нагрузки и выдачу сигналов на исполнительные органы 5₁-5_n в соответствии с новым распределением уставок входной реактивной мощности в узлах нагрузки распредсети предприятия.

После реализации команд на включение (отключение) секций БК вычислительное устройство 2 по показаниям датчиков реактивной мощности I_n+1.I_m, установленных на вводе предприятия, и значению датчика уставок определяет суммарную ошибку регулирования на вводе предприятия
Δ Q Q_ф' Qэ, (16) где Q_ф' реактивная мощность, потребляемая на вводе предприятия после включения (отключения) секций БК.

Если значение суммарной ошибки регулирования превышает ограничение (5), то вычислительное устройство 2 производит дополнительную корректировку. Для этого по показаниям датчиков реактивной мощности 1₁-1_n и значениям уставок входной реакционной мощности для каждого узла нагрузки (которые определяются по формуле (15)) вычислительное устройство 2 определяет значения отклонений в узлах нагрузки Δ Q_i по выражению
Δ Q_i ± (Q_фi Q_фi)² R_эi (17) (знак перед выражением определяется по знаку разности между значениями Q_фi и Q_эi, если Q_фi > Q_эi, то Δ Q_i > 0, а если Q_фi < Q_эi, то Δ Q_i< 0).

Вычислительное устройство 2 производит проверку на выполнение технических ограничений (9) и обнуляет значение Δ Q_i для тех узлов, где это условие не выполняется.

Затем вычислительное устройство 2 производит корректировку на включение (отключение) секций конденсаторных батарей на величину суммарной ошибки регулирования Δ Q по условию (7) и выдает команду на включение только для узлов нагрузки, у которых значение величины отклонения Δ Q_i положительно (Δ Q_i > 0), а отключение в тех узлах, у которых значение Qi отрицательно (Δ Q_i < 0), который поступает на соответствующий исполнительный орган 5_i.

После каждого включения (отключения) секции конденсаторной батареи значение Δ Q_i для этого узла нагрузки обнуляется. Вычислительное устройство 2 производит текущий контроль включенных секций конденсаторных батарей.

В качестве вычислительного устройства может быть использована любая микро- или миниЭВМ (например, см.книгу В.Л.Горбунова "Справочное пособие по микропроцессорам микроЭВМ" М. 1988), В качестве задатчика 3 уставки входной реактивной мощности и задатчика 4 эквивалентных сопротивлений могут быть использованы переключатели РГК (см.Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры под редакцией В.Г.Варламова. М. 1972).

При этом вычислительное устройство производит управление с интервалом времени, определяемым временем разряда наиболее мощной секции конденсаторной батареи.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает расширенной областью применения. Так, расширяется область применения регулятора для предприятий, в которых отсутствуют батареи конденсаторов и приборы учета в одном или нескольких узлах нагрузки. Использование данного устройства позволяет повысить надежность работы регулятора в аварийных ситуациях (например, обрыв линии связи между вычислительным устройством и узлом нагрузки) за счет дополнительного контроля реактивной мощности на вводе предприятия.

Также предложенное устройство позволяет за счет дополнительной корректировки на вводе предприятия после регулирования компенсирующими устройствами по значению уставки и величине входной реактивной мощности в узлах нагрузки уменьшить ошибку регулирования, обусловленную дискретностью регулирования в узлах нагрузки. Использование дополнительной корректировки на вводе предприятия позволяет без нарушения устойчивости работы регулятора исключить существенные недостатки регулятора прототипа (например, суммарную ошибку регулирования на вводе предприятия) и одновременно с этим позволяет использовать все положительные его свойства (например, поддерживать оптимальным распределение входной реактивной мощности при одновременном разнополярном изменении реактивной мощности в нескольких отходящих линиях при неизменной входной реактивной мощности и др.).

Формула изобретения

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ, содержащий n датчиков реактивной мощности Q_фj, установленных в узлах нагрузки, выходы которых подключены к входам вычислительного устройства, к двум другим входам вычислительного устройства подключены выходы задатчика уставок входной реактивной мощности Q_э и задатчика сопротивления отходящих линий R_эi, а выходы вычислительного устройства подключены к входам исполнительных органов, отличающийся тем, что в него введены m - n датчиков реактивной мощности, установленных на вводах предприятия, и задатчик признака узлов, выходы которых подключены к входам вычислительного устройства, которое выполнено с возможностью определения по показаниям задатчика признака узлов из n узлов нагрузки K узлов, в которых отсутствуют батареи конденсаторов, или выведены в ремонт в плановом порядке, или аварийно отключены в процессе работы, коррекции уставок входной реактивной мощности Q_э по показаниям датчиков реактивной мощности Q_фj в этих узлах

и определения значения уставок для n - k узлов нагрузки, где размещены конденсаторные установки, по формуле

где R_эi - эквивалентное сопротивление сетей i - го узла,
сравнения полученных значений уставок Q_эi для n - K узлов нагрузки с фактическим значением реактивной мощности Q_фi для этих узлов и при наличии отклонения фактического значения реактивной мощности Q_фi от уставки Q_эi в одном или нескольких узлах включения или отключения секций конденсаторных батарей в этих узлах, определения суммарной ошибки регулирования ΔQ на вводе предприятия по показаниям датчиков на вводах предприятия и значению уставки Q_э

- значение реактивной мощности на i-ом датчике после включения (отключения) секции БК и дополнительной коррекции,
за счет включения (отключения) секций конденсаторных батарей на величину суммарной ошибки регулирования по условию минимума потерь активной мощности во всех возможных режимах электропотребления.

РИСУНКИ

Рисунок 1