Устройство для расчетов режимов электрическихсетей

 

О П И С А Н И Е 332473

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 8.IV.1970 (№ 1427059/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 14.III.1972. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 29.IV.1972

M. Кл. G 06g 7/62

Комитет по делам изабретониИ и открытиИ при Совете Министров

СССР

УДК 681.333(088.8) 1 Ндд

" " .Н, Щ- Щтдир- т"- ". : С Т 1 А

Автор изобретения

Т. С. Яковлева

Заявитель Д

Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики

УСТРОИСТВО ДЛЯ РАСЧЕТОВ PЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СЕТЕЙ и т ——, 1 тРл, 25 (2) в k-ом узле

Изобретение относится к области вычислительной техники в частности к специализированным вычислительным машинам для энергетики.

При проектировании и в процессе эксплуатации энергосистем часто возникает задача расчета потокораспределения активных и реактивных мощностей в сетях энергосистемы.

Эта задача может быть самостоятельной, или являться составной частью таких задач, как расчет статической и динамической устойчивости, оптимизация режима по активной мощности и напряжениям и выбор установок устройств автоматики и т. д. Для решения этой задачи широко используются как универсальные LIBM, так и специализированные вычислительные устройства. Последние имеют преимущества в отношении скорости выполнения расчетов, так как они лучше приспособлены для ввода исходных данных, и позволяют быстро просматривать массу вариантов.

Известны устройства для моделирования режимов энергосистем, построенные на базе стандартных блоков аналоговой вычислительной техники. Их недостатком является большой объем оборудования.

Известны также устройства для моделирования режимов энергосистем, содержащие физическую модель сети энергосистемы и математические электронные модели генераторов и станций. Физическая модель сети работает на переменном токе. Для представления в модели линий, трансформаторов и нагрузок используются схемы, содержащие резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

Для моделирования произвольной сети эти элементы выполнены в виде магазинов сопротивлений, емкостей и индуктивностей. Однако

10 изготовление магазинов калиброванных реактивных сопротивлений трудоемко. Кроме того, эти устройства имеют меньшую точность по сравнению с устройствами, работающими на постоянном токе.

В предлагаемом устройстве эти недостатки устранены. Сокращение объема оборудования и повышения точности в этом устройстве достигается благодаря использованию моделей сети на постоянном токе и переходу в

20 уравнениях, описывающих режим сети, от линейных величин к узловым величинам, В основу моделирования положены следующие уравнения.

° % c = +s т т где U — вектор напряжения

30 сети;

332473! 1

1 (3 (4) I, — вектор тока в -ом узле сети;

S„— комплексная мощность в i-ом узле;

Y;a — комплексная проводимость ветви между узлами i и К;

1 — сопряженное значение вектора тока.

Собственные проводимости узлов Y;; ооразуются суммированием проводимостей всех ветвей сети, примыкающих к узлу 1.

Для сокращения записи уравнение (1) можно представить в матричной форме

I= YU. (1а)

Все комплексные величины разложим на действительные и мнимые составляющие

U = >. + IUp

II =1 I+I Iр = Pg -т- IQI1

1 °

1и = Й вЂ” 11Ъ.

Применяя эти обозначения в уравнениях (1) и (2), получим матричные уравнения для составляющих токов в узлах

I, = gU, + bUð (4a)

I Û/. — дЬ, (4б), а также систему уравнений для узловых мощностей

Pt а11а U>11pI (6а) (5)

QI — У,i „+ У„1, (5б) Кроме того, во многих случаях при расчетах необходимо иметь в модели в удобной форме все физические величины, характеризующие режим сети. 11оэтому вводятся также дополнительные переменные

U; — модуль напряжения в узле сети; б; — фазовый угол вектора напряжения в узле относительно вектора напряжения в узле, принятом за оазисныи.

Эти дополнительные переменные связаны с представлением вектора напряжения в полярных координатах. Соотношение между ними и переменными в прямоугольной системе координат определяется формулами преобразования координат

UàI — Uz cos o„(6a) (6) 1рю — — Ug sill >g (6б)

Уравнения (4), (5) и (6) положены в основу моделирования.

Схема предлагаемого устройства содержит четыре модели постоянного тока, выходы которых попарно подаются на сумматоры; эти модели вместе с сумматорами образуют токовую модель сети, с помощью которой рассчитывается режим сети переменного тока потокам и напряжениям в узлах. Выходы токовой модели подключены ко входам узловых датчиков мощности, при помощи которых рассчи5

65 тывается режим сети по мощности. Выходы датчиков мощности подключены ко входам усилителей-интеграторов, которые играют роль следящих систем и с помощью которых устанавливается режим, соответствующий заданным условиям. Выходы усилителей-интеграторов подключены через преооразователи координат ко входам токовой модели сети (ко

BxoPBhI LIeTblPcx MolIBJIcH liocTolIHHoI о TQKB) .

На фиг. 1 показана общая структурная схема аналогового вычислительного устройства; на фиг. 2 — датчик мощности узла; на фиг. 3 — преооразователь координат узла. г1а фиг. l — 3 обозначено: 1 — 4 — модели сети, 5, 6 — сумматоры токовой модели сети, 7, 8 — преобразователи тока в напряжение, 9 — 12 — блоки перемножения датчика мощности узла, И, 14 — сумматоры датчика мощности узла, 15 — нелинейный блок, реализующий косинусоидальную функцию, 16— нелинейный блок, реализующий синусоидальную функцию, 1/, 18 — блоки перемножения преобразователя координат, 19 — токовая модель сети, 20 — 22 — преобразователи координат узла, 28 — 25 — датчики мощности узла, 26 — 81 — операционные усилители.

Токовая модель 19 сети служит для воспроизведения уравнений (4) . В соответствии с четырьмя операциями умножения матрицы на столбец в схеме содержится четыре модели (I — 4). Все модели повторяют конфигурацию сети энергосистемы, выполнены на резисторах и являются моделями на постоянlioi>l 1 оке. 11роводимости ветвей моделей IIpoпорциональны соответственно величинам g u

5 моделируемых линий.

Выходы первой и второй моделей подключены ко входу сумматора 5, выходы третьей и четвертой моделей — ко входу сумматора 6.

Сумматоры 5 и 6 выполняют операции алгебраического сложения.

Датчики мощности узла реализуют уравнения (6).

11реобразователи тока в напряжение 7 и 8 построены на стандартных операционных усилителях. Каждый блок перемножения 9 — 12 датчика мощности узла служит для выполнения одной операции перемножения двух переменных величин, входящих в уравнение (5).

Выходы блоков перемножения (могут быть использованы стандартные блоки для универсальных аналоговых машин) подключены Ко входам сумматоров 18 и 14, которые выполняют операцию алгебраического суммирования.

Преобразователи координат реализуют уравнения (б). Они имеют два входа U„. и б; и два выхода V„. и UI„. Преобразователь координат узла содержит синус-косинусные блоки 15, 16 и блоки перемножения 17 и 18, в качестве которых могут быть использованы стандартные схемы аналоговой вычислительной техники, Токовая модель сети имеет 2п входов U,i, Vyi, U2, 1р2, ..., 1ап> 1ра и 2л выходов 1а1з

332473

Зо

5

lp 1,„1р„ l,„, lp Каждому узлу сети в устройстве соответствуют канал, содержащий датчик мощности, два операционных усилителя и преобразователь координат. Например, первый канал содержит датчик мощности 28, ко входам которого подключены выходы U„ U, преобразователя координат 20, а также выходы 1„и 1„, токовой модели сети 19. Выходы датчика 28 подключены к двум операционным усилителям 2б и

27, включенным по схеме интегратора. Каждый усилитель имеет по одному дополнительному входу P, и Q;. Oíè соединены с блоком задания исходных данных (на фиг. 1 не показан).

Выходы б; и U; усилителей 2б и 27 соединены со входом преобразователя координат 20.

Остальные каналы схемы построены аналогично.

Схема работает следующим образом.

Для каждого узла задается значение активной мощности P,. и реактивной мощности Q I . Величины мощностей Р, и Q;, получающиеся на выходе датчиков мощности, сравниваются с заданными значениями, и в зависимости от величины рассогласования на выходах усилителей интеграторов 2б — 81 накапливаются те или иные величины модуля напряжения U; и фазового угла б;. Параметры вектора напряжения U,(6;, представленного в полярных координатах, преобразуются в прямоугольные координаты U„— jU ; c помощью преобразователей 20 и 22.

На вход токовой модели сети задаются значения активной и реактивной составляющих вектора напряжения каждого узла, а на выходе токовой модели в соответствии с уравнениями (4) образуются значения активных и реактивных составляющих узловых токов.

Затем в датчиках мощности 28 — 25 в соогветствии с уравнениями (5) формируются величины активной и реактивной мощности узла Р; и Q;, переходный процесс в устройстве протекает до тех пор, пока значения мощностей Р; и Q; не станут равны заданным величинам P,", Q;- После выполнения условий Р;=Р;", Q;=Q, . величина рассогласования на входах усилителей интеграторов

2б — 81 становится равной нулю; напряжения на выходах интеграторов остаются постоянными и соответствуют параметрам U; и б; искомого режима сети.

Схема, показанная на фиг. 1, относится к случаю, когда режим системы задается путем задания в каждом узле активной и реактивной мощности Р; и Q„. Возможны и другие способы задания режима отдельных узлов сети: а) задание вектора напряжения U;; б) задание модуля напряжения U; и Р,; в) задание величины параметров шунта нагрузки г+/х„(или g» — jb») в нагрузочных узлах. Часть узлов является пустыми узлами (не содержат источников энергии и подключенных нагрузок, а являются просто точками в которых сходятся несколько линий) для таких узлов Р;=О, Q;=0.

Все случаи могут быть реализованы в схеме, показанной на фиг. 1, так как она наиболее общая. Остальные варианты образуются как частные случаи путем ее упрощения.

Наличие в устройстве моделей, повторяющих конфигурацию сети, позволяет сократить объем оборудования и повысить удобство моделирования, в частности позволяет легко моделировать отключение линий и другие коммутационные операции.

Устройство может быть самостоятельным и выполнять функции автоматизированного стола переменного тока для расчета режимов сети энергосистемы. Оно может входить как составная часть в специализированные машины, предназначенные для расчета статической и динамической устойчивости или для оптимизации режимов энергосистем. Устройство может входить также в аналого-цифровой комплекс, решающий энергетическую задачу, в которую входит расчет режима сети энергосистемы.

Устройство предназначено для расчета режимов сетей 35 —:500 кв. Объем устройства возрастает с ростом объема моделируемой сети. При сети большого объекта целесообразно предварительно упростить ее схему методом эквивалентных преобразований.

Устройство может быть применено в проектных, исследовательских организациях и на вычислительных центрах диспетчерских управлений энергосистем.

Предмет изобретения

Устройство для расчетов режимов электрических сетей, содержащее модели сети, повторяющие конфигурацию сетей энергосистемы, преобразователи тока в напряжение, операционные усилители, блоки умножения, датчик мощности узла и преобразователь координат узла, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, повышения его точности и надежности, в нем датчик мощности узла выполнен в виде двух преобразователей тока в напряжение, причем выходы одного преобразователя соединены со входами двух блоков умножения, а выходы другого преобразователя тока в напряжение соединены со входами двух других блоков перемножения, выходы блоков перемножения соединены попарно со входами двух сумматоров датчика мощности узла, а выходы моделей сети соединены попарно с двумя сумматорами, выходы которых подключены к первым двум входам трех датчиков мощности узла, каждый из двух выходов которых через интегратор соединен с преобразователем координат узла, выходы KQTopIIx подключены ко входам моделей сети и ко вторым двум входам датчиков мощности узла.

332473

Фиг. /

Составитель Е. Тимохина

Редактор Л. Утехина Техред А. Камышникова

Корректоры: М. Коробова и Л. Корогод

Заказ 1020/4 Изд. № 357 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2