Способ снижения потерь электрической энергии в сетях низкого напряжения и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроснабжению. Техническим результатом является устранение возникновения уравнительных токов во время параллельной работы трансформаторов, снижающих надежность работы трансформаторной подстанции. Технический результат достигается тем, что предложен способ автоматического регулирования передаваемой мощности трансформаторной подстанции посредством управления моментом включения трансформаторов на нагрузку и устройство для его осуществления. Для этого используется нечеткий логический контроллер и учитывается положение контактов силовых выключателей. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения относится к области электротехники, в частности к электроснабжению, и может быть использовано в силовых понижающих трансформаторных подстанциях, состоящих из двух трансформаторов.

Известен способ снижения потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения, заключающийся в изменении режимов работы трансформаторов (патент 2179776, от 20.02.2002 г., журнал "Изобретения" 5). Технический результат достигается за счет ступенчатого регулирования мощности трансформаторов в трансформаторной подстанции, при этом микроконтроллер, управляющий выключателями, получает сигнал только с преобразователя мощности. Этот сигнал подается на микроконтроллер, имеющий вход для ввода аналоговых сигналов. На основании этого сигнала постоянного тока микроконтроллер управляет переключением трансформаторов при помощи выключателей, установленных на стороне высокого и низкого напряжений трансформаторной подстанции.

При осуществлении известного способа в процессе включения и отключения трансформаторов возможны ситуации временного рассогласований между замыканием и размыканием выключателей, работающих на включение и отключение трансформаторов. Например, в ситуации, когда мощность нагрузки равна мощности, при которой коэффициенты полезного действия трансформаторов одинаковы, выключатель 9 (см. фиг. 2 описание к патенту РФ 2179776) должен разомкнуться одновременно с замыканием выключателя 5. Однако на практике реальное время срабатывания выключателей будет неодновременным. Под влиянием случайных факторов - таких, как температура окружающей среды, износ механических частей выключателя и т. д., создается ситуация, когда понижающий и повышающий трансформаторы работают одновременно (параллельно), и в схеме возникают уравнительные токи. Возникновение таких уравнительных токов снижает надежность работы трансформаторной подстанции.

Таким образом, основным недостатком известного способа является возникновение уравнительных токов во время параллельной работы трансформаторов, снижающих надежность работы трансформаторной подстанции.

Заявляемое изобретение направлено на устранение указанного технического недостатка.

Требуемый технический результат обеспечивается формированием регулируемых временных задержек на срабатывание выключателей трансформаторов. Они должны быть, по крайней мере, больше нормируемого по паспортным данным времени срабатывания выключателей. Это достигается посредством введения нечеткого логического контроллера (НЛК) с целью минимизации времени параллельной работы трансформаторов.

Существенные признаки, характеризующие заявляемый способ Ограничительные: изменение режимов работы трансформаторов посредством управления моментов включения их на нагрузку в сетях низкого напряжения трансформаторной подстанции, содержащей два трансформатора разной мощности, подключенные через силовые выключатели с приводами к сети высокого напряжения и к нагрузке, датчик мощности, включенный в силовую трехфазную сеть на стороне высокого напряжения трансформаторов, а также силовой выключатель с приводом, установленный между сторонами низкого напряжения трансформаторов, в замкнутом состоянии подключающий всю нагрузку к одному из двух трансформаторов, а в разомкнутом состоянии позволяющий каждому трансформатору подстанции работать на свою нагрузку.

Отличительные: в процессе управления режимами переключения трансформаторов осуществляют формирование регулируемых временных задержек на срабатывание приводов силовых выключателей трансформаторов при помощи нечеткого логического контроллера (НЛК), на который поступают сигналы тока с датчика мощности и дифференциатора, пропорциональные мощности нагрузки и ее производной, и сигналы тока с датчиков положения контактов силовых выключателей с приводами (далее по тексту силовой выключатель), исходя из условия минимизации потерь электрической энергии в сетях низкого напряжения.

Причинно-следственная связь между требуемым техническим результатом и заявляемыми отличительными признаками заключается в том, что формирование временных задержек срабатывания силовых выключателей посредством введения НЛК позволяет учесть разброс времени срабатывания силовых выключателей, который зависит от таких случайных причин, как температура окружающей среды, износ силового выключателя, остаточная намагниченность катушки привода силового выключателя и т.д.

Заявляемый способ осуществляется заявляемым устройством, технический уровень которого известен из патента RU 2179776, от 20.02.02 г. Известное устройство содержит трансформаторы разной мощности, силовые выключатели, преобразователь мощности и микроконтроллер.

Недостатком известного устройства является снижение надежности работы трансформаторной подстанции, обусловленное тем, что известное устройство не учитывает разброс времени на срабатывание силовых выключателей.

Технический результат, достигаемый заявляемым устройством, направлен на повышение надежности работы трансформаторов.

Требуемый технический результат достигается введением НЛК, посредством которого формируются временные регулируемые задержки подключения трансформаторов к нагрузке.

Признаки, характеризующие заявляемое устройство Ограничительные: два трансформатора разной мощности, подключенные через четыре силовых выключателя к сети высокого напряжения к нагрузке, датчик мощности, включенный в силовую трехфазную сеть на стороне высокого напряжения трансформаторов, а также силовой выключатель, установленный между сторонами низкого напряжения, в замкнутом состоянии подключающий ее к одному из двух трансформаторов, а в разомкнутом состоянии позволяющий каждому трансформатору подстанции работать на свою нагрузку.

Отличительные: дополнительно содержит нечеткий логический контроллер (НЛК), датчики положения контактов силовых выключателей и дифференциатор сигнала мощности, выходы которых соединены с входами НЛК, выход датчика мощности подключен к входу НЛК и к входу дифференциатора, а выходы НЛК соединены с силовыми выключателями, при этом НЛК формирует функциональную зависимость моментов срабатывания силовых выключателей от величины мощности нагрузки, знака ее производной и положения контактов силовых выключателей исходя из условия минимизации потерь электрической энергии в сетях низкого напряжения.

Заявляемое устройство иллюстрируется схемой, где номерами обозначены следующие позиции: 1 и 2 - трансформаторы разной мощности, 3, 4, 5, 8, 9 - силовые выключатели с приводами и датчиками положения контактов силовых выключателей, 6 - датчик мощности, 7 - нечеткий логический контроллер, 10 - дифференциатор.

НЛК позволяет сформировать функциональную зависимость моментов срабатывания силовых выключателей от величины мощности нагрузки, знака ее производной и положения контактов силовых выключателей. Датчик мощности включен в силовую трехфазную сеть на стороне высокого напряжения трансформаторов, выход датчика 6 подключен к входу НЛК 7 и к входу дифференциатора 10, выход дифференциатора 10 подключен к входу НЛК 7.

Заявляемый способ осуществляется заявляемым устройством следующим образом. Силовой выключатель 4 подключает трансформатор 2 к сети высокого напряжения ТП, датчик положения контактов силового выключателя 4 подключен к входу НЛК 7, а выход НЛК 7 соединен с управляющим входом силового выключателя 4. Силовой выключатель 8 подключает трансформатор 1 к сети высокого напряжения ТП, датчик положения контактов силового выключателя 8 подключен к входу НЛК 7, а выход НЛК 7 соединен с управляющим входом силового выключателя 8. Силовой выключатель 9 подключает нагрузку к трансформатору 1, датчик положения контактов силового выключателя 9 подключен к входу НЛК 7, а выход НЛК 7 соединен с управляющим входом силового выключателя 9. Силовой выключатель 5 подключает нагрузку к трансформатору 2, датчик положения контактов силового выключателя 5 подключен к входу НЛК 7, а выход НЛК 7 соединен с управляющим входом силового выключателя 5.

Силовой выключатель 3 в замкнутом состоянии подключает всю нагрузку к одному из двух трансформаторов, в разомкнутом состоянии - позволяет каждому трансформатору подстанции работать на свою нагрузку. Датчик положения контактов силового выключателя 3 подключен к входу НЛК 7, а выход НЛК 7 соединен с управляющим входом силового выключателя 3.

Управление переключением требует следующей последовательности переключения силовых выключателей (считаем, что в текущий момент времени к нагрузке подключен трансформатор меньшей мощности Т1, выключатель 3 замкнут): - если мощность нагрузки близка к мощности нагрузки, при которой коэффициенты полезного действия обоих трансформаторов равны и производная мощности нагрузки положительная, то вначале замыкается силовой выключатель 4, затем силовой выключатель 5, а по истечении выдержки времени размыкается силовой выключатель 9, а потом силовой выключатель 8; - если мощность нагрузки близка к мощности, при которой коэффициент полезного действия большего трансформатора равен коэффициенту полезного действия трансформаторной подстанции с двумя включенными трансформаторами, работающими каждый на свою нагрузку, и производная мощности положительная, то вначале замыкается силовой выключатель 8, а затем замыкается силовой выключатель 9 и после выдержки времени размыкается силовой выключатель 3.

- если мощность нагрузки больше или близка к мощности, при которой коэффициент полезного действия большего трансформатора равен коэффициенту полезного действия трансформаторной подстанции с двумя включенными трансформаторами, работающими каждый на свою нагрузку, и производная мощности отрицательная, то вначале замыкается выключатель 3 и после выдержки времени размыкается выключатель 9, а затем размыкается выключатель 8.

- если мощность нагрузки больше или близка к мощности нагрузки, при которой коэффициенты полезного действия трансформаторов равны и производная мощности отрицательная, то вначале замыкается силовой выключатель 8, затем силовой выключатель 9, а по истечении выдержки времени размыкается силовой выключатель 5, а потом силовой выключатель 4.

Анализ вышеприведенной последовательности управления переключением трансформаторов показывает, что недетерминированность времени срабатывания силовых выключателей может привести к появлению конфликтных ситуаций в системе энергопотребления. Допустим, мощность нагрузки близка к мощности, при которой коэффициенты полезного действия трансформаторов равны, и производная мощности нагрузки положительная. В этом случае силовой выключатель 9 должен разомкнуться с выдержкой времени после замыкания силового выключателя 5. В результате трансформаторы включаются на параллельную работу и в схеме возникают уравнительные токи.

Для того чтобы минимизировать время параллельной работы трансформаторов, необходимо обеспечить одновременное срабатывание силовых выключателей. Форсировать процесс замыкания силового выключателя 5 не представляется возможным, так как оно обусловлено конструкцией силового выключателя, поэтому для уменьшения временного рассогласования между замыканием силового выключателя 5 и размыканием силового выключателя 9 необходимо задержать процесс выключения силового выключателя 9 на требуемую величину.

Таким образом, с целью уменьшения времени параллельной работы трансформаторов при управлении режимами подключения трансформаторов должно осуществляться формирование регулируемых временных задержек на срабатывание силовых выключателей. Недетерминированность времени срабатывания силовых выключателей и размытость ряда параметров, функции которых должны осуществляться переключением в схеме, переносит задачу управления режимами подключения трансформаторов к нагрузке в область нечеткого управления.

Ситуации, при которых возможна параллельная работа трансформаторов, определяются в основном состоянием силовых выключателей 3, 5, 9, поэтому для исключения данной ситуации достаточно формировать временные задержки на срабатывание этих силовых выключателей.

Задача управления режимами переключения трансформаторов в соответствии с разработанным алгоритмом разрешается при использовании НЛК.

В качестве входных переменных НЛК следует использовать сигналы о положении контактов силовых выключателей 3, 5, 9; сигналы о включении или выключении контактов силовых выключателей 4 и 8; сигнал, пропорциональный величине суммарной мощности нагрузки ТП; сигнал о знаке производной тока нагрузки - sign(i).

Поскольку напряжение нагрузки практически неизменно, то производная мощности нагрузки прямо пропорциональна производной тока, и вместо сигнала о знаке производной мощности нагрузки целесообразно использовать сигнал о знаке производной тока нагрузки.

Выходными переменными НЛК будут являться сигналы о направлении переключения силовых выключателей 3, 4, 5, 8, 9 (включить, отключить) и величины временных задержек на переключение силовых выключателей 3, 5, 9.

Таким образом, с целью уменьшения времени параллельной работы трансформаторов в процессе управления режимами переключения трансформаторов должно осуществляться формирование регулируемых временных задержек на срабатывание силовых выключателей. Заявляемый способ снижения потерь электрической энергии осуществляется с использованием НЛК, что позволяет учесть разброс времени срабатывания силовых выключателей, который зависит от таких случайных факторов, как температура окружающей среды, износ силовых выключателя, остаточной намагниченности катушки силового выключателя и т.д.

Формула изобретения

1. Способ снижения потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения трансформаторной подстанции, заключающийся в изменении режимов работы трансформаторов посредством управления моментом включения их на нагрузку, содержащей два трансформатора разной мощности, подключенные через силовые выключатели с приводами к сети высокого напряжения и к нагрузке, датчик мощности, включенный в силовую трехфазную сеть на стороне высокого напряжения трансформаторов, а также силовой выключатель с приводом, в замкнутом состоянии подключающий всю нагрузку к одному из двух трансформаторов, а в разомкнутом состоянии позволяющий каждому трансформатору подстанции работать на свою нагрузку, отличающийся тем, что в процессе изменения режимов работы трансформаторов управление моментом включения трансформаторов на нагрузку осуществляется нечетким логическим контроллером, на который поступают сигналы тока с датчика мощности и дифференциатора, пропорциональные мощности нагрузки и ее производной, и сигналы тока с датчиков положения контактов силовых выключателей с приводами и который формирует величины временных регулируемых задержек на срабатывание приводов силовых выключателей трансформаторов в зависимости от величины мощности нагрузки, знака ее производной и положения контактов выключателей, исходя из условия минимизации потерь электрической энергии в сетях низкого напряжения.

2. Устройство для снижения потерь электроэнергии в сетях низкого напряжения трансформаторной подстанции, содержащее два трансформатора разной мощности, подключенные через четыре силовых выключателя с приводами к сети высокого напряжения и к нагрузке, датчик мощности, включенный в силовую трехфазную сеть на стороне высокого напряжения трансформаторов, а также силовой выключатель с приводом, в замкнутом состоянии подключающий ее к одному из двух трансформаторов, а в разомкнутом состоянии позволяющий каждому трансформатору подстанции работать на свою нагрузку, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит нечеткий логический контроллер, датчики положения контактов силовых выключателей с приводами и дифференциатор сигнала мощности, выходы которых соединены с входами нечеткого логического контроллера, выход датчика мощности подключен к входу нечеткого логического контроллера и к входу дифференциатора, а выходы нечеткого логического контроллера соединены с приводами силовых выключателей, при этом нечеткий логический контроллер формирует функциональную зависимость моментов срабатывания силовых выключателей с приводами от величины мощности нагрузки, знака ее производной и положения контактов силовых выключателей с приводами, исходя из условия минимизации потерь электрической энергии в сетях низкого напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1