Способ управления режимом электропередачи постоянного тока

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<>736262

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 130675 (21) 2143728/24-07 (51) м. К .2 с присоединением заявки ¹ 2589103/07

Н 02 У 1/00

02 P 13/18

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 250580. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 260580 (53) УДК 621 3. .072.1.315.052. .5 (088. 8) (72) Автор изобретения

Е,К. Булахов (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к автомати. ческому управлению протяженной электропередачей постоянного тока высокого напряжения, Известен способ управления линиями электропередач постоянного тока, основанный на том, что одну преоб« разовательную подстанцию регулируют на постоянство выпрямленного напряжения, а другую — на постоянство тока (1) . управление перетоком мощности при этом осуществляют изменением уставки тока подстанции, регулирующей ток. При нормальной работе электропередачи преобразовательные подстанции работают в зарегулированном режиме, при котором углы включения вентильных преобразователей значительно больше минимально воз можных. Поэтому способ является не оптимальным с энергетической точки зрения, так как приводит к недоиспользованию оборудования, увеличению потерь, и применяется при передаче небольших величин мощности.

Известен также способ управления линиями передачи постоянного тока, который состоит в том, что выпрямительную и инверторную подстанции регулируют на постоянство заданного тока передачи, причем при отклонении тока передачи в сторону увеличения от установленной величины уменьшают напряжение отправного конца передачи путем увеличения углов запаздывания с(мостов выпрямителя, а при отклонении тока в сторону уменьшения от установленного значения уменьшают напряжение приемного конца передачи путем увеличения углов опережения р мостов инвертора (2) .

Данный способ позволяет стабилизировать переток мощности в условиях работы подстанций с минимальными углами включения и обеспечивает оптимальный энергетический режим передачи и примыкающих систем. Однако для управления:.перетоком мощност способ требует наличия телесвязи между подстанциями для согласован25 ного изменения уставок тока регуляторов тока выпрямителя и инвертора.

При значительной протяженности передачи постоянного тока (ППТ)

3() простая, надежная и точная телесвязь

/3626 2 станонится неразрешимой технической проблемой, что приводит к необходимос".и сооружения линий дальней связи специалько для обслуживания ППТ, которые существенно повышают суммарные затраты на cTpoH— тельство и эксплуатацию объекта.

Бель изобретения — упрощение системы режимного управления ППТ и повышение надежности упранлениs;.

Бель достигается тем,. что при осуществлении способа управления режимов электропередачи постоянного тока, содержащей выпряжтельную и инверторную подстанции, путем измерения режимных параметров и регулирования напряжения одной преобразовательной подстанции на годдержание заданного значения тока, измеряют режимные параметры на второй преобразовательной подстанции и посредством регулиронания ее напряжения поддерживают экстремаль— ное значение контролируемой вели-чины, формируемой по измеренным параметрам.

При этом напряженке преобразовательной подстанции, на которой поддерживают экстремальное значение контролируемой Величины, регулируют путем изменения уставки регуля..Ора тока этой подстанции. Экстремальное значение контролируемой величины при осуществлении способа. мОжнО пОддерживать на iAHBepTopHCA подстанцчи„

На фиг. 1 показаны статические характеристики ППТ, выпрямителы-;ая подстанция которой регулируется на поддержание заданного значения тока; На фиг. 2p. — внешняя характеристика выпрямителя с отнесенной к нему линией при некотором произвольном значении уставки регуля.-о-ра тока, имеюшегo конечный Iio=ффициент усиления, с нанесенными на плоскость линиями равных значений мощности и границами области .,Опус-. тимых режимов работы ППТ при экстре-мизации мощности инвертора; на фиг, 2б — аналогичная характеристика при осуществлении регулироваяия

В соответстBHH с предлаГ аемым с:.«o = собом, показывающая, как деформируются границы о бласти допустимых режимон при использовании целевой функции, формируемой по мощности и напряжению инвертора; на фи. .3а внешняя характеристика выпрямителя и лкнии целевой функции, формируемой н ниде линейной комбинаци;.i тока и напряжения кнвертора, в этом случае область допустимых режямов распространяется на нсю плоскость приведекной внешней хара ITepHстики фиг. Зб — принцип формирования целевой функции по току иннертора и внутреннему параметру управляющего устройства инвертора.

Справа от оск ординат показаны статические внei=ние характep«ñтики вь«прямительнoй подстанции регулируемой на постоянство тока1 (характеристики 1, 2, 3) . Сопрстив

5 ление линии постоянному току отнесенс к выпрямителю, поэтому Uoi«

= Од„ „ участок характеристи":, o:-Ipe. деляемый ре.cóлятором тока, принят чкс.-o вертикальным. Это может ссот1О ветствовать случаю астаткческотo регулированияя.

Слева от оси ординат построены характерис-.ики инвертируемой. ".Ошностк н функции напряжения инвертора

Рд««(« Г3„ Все величины отложены в относительных единицах, За баискые еды ницы приняты параметры номинального режима. д i опись вается уравнениями б«O)u VB «

Р =0- T р „О НйЬ i-«a«4 ( с«««oIU R «)

«4 где .i, — уставка тока выпрямителя;

11aI« - ЭДС выпрямителя;

t выходное coпроти зле Hне выгрямителя постоянному току, Первое уравнение соотнетст"=ует работе выпрямителя н режиме источника тока, когда Toк 1д, поддерживается равным уставке тока ныпря;лте:1R 1),„.

«3Торое уравнение соответствует работе выпрямителя н режиме ксточHI-.Iа напряжения, когда исчерпаны регулкровочные возможности регулятора тока и угол включения -«реобраэователей постоянен и равен установленному минимальному значению. Линки, cooTBeTcTBующие уравнениям (1) и (2), начинаясь на оси ординат н точках U<) = О; Ид,,- E qq пересекаются, когда напряженке иннертора становится таким, что выполняется

УСЛОВИЕ

« ак нида з I раф > О <тер тики МОшHОcтH ПI1T нoсRT э Cстремаль-ный характер при различ!гых уссОВиях на выпрямителе, стли-.-.виши хся Вели.= чикой зai«aHHcго значения тока и величиной распслаг ае .ой ЭгС,õàðeкте-ристики, 2, 3) „

С точки эриния предлагаемого спо-. сОба важным является тот факт, чтО максимум инвертируемой мошкос Ги всякий раз достигаетcя при токе передачи равным заданному на выпрями= теле в реж,име работы последнего с минимальным углом включения, то есть при наинысзем возможно-; напр-.

736 2б 2 жении инвертора при задачном токе передачи .

Отсюда вытекает, что если поддерживать экстремальное значение инвертируемой мощности, воздействуя на углы включения инвертора, то тем саьым автоматически поддерживается оптимальный режим работы ППТ с э аданным током и наивысшим напряжением и бее помощи телесвязи между преобразовательными подстанциями, Для осуществления способа на инверторе достаточно установить экстремальный регулятор. Зона работы регулятора по изменению напряжения будет ограничиваться минимальным углом погасания и, если условия на ППТ таковы, что экстремальное значение мощности не может быть достигнуто вследствие укаэанного ограничения, то регулятор установит максимально возможное напряжение и выйдет из работы, Характеристики мощности ППТ могут быть построены для случая работы инвертора с регулятором тока (фиг. 1). Внешняя характеристика инвертора с регулятором тока имеет вид 4. Проекция точки излома характеристики 4 . на ось 11 дает значение уставки тока инвертора, Напряжение инвертора определяется точкой пересечения внешних характеристик подстанций (рабочей точкой). Изменяя уставку тока инвертора I „, и меняя тем самым положение рабочей трчки на характеристике выпрямителя, можно. регулировать напряжение на шинах ннвертора. Ставя в соответствие с получаемым значениям напряжения значения уставок 1 „, перестраиваемую характеристику мощности в функции уставки тока инвертора — Р „(1у

Максимум мощности этих характеристик соответствует такому значению уставки тока инвертора, при котором местом пересечения внешних характеристик подстанций становится точка излома внешней характеристики выпрямителя. Регулирование напряжения инвертора посредством задания уставки регулятора тока инвертора дает известные преимущества в аваркйных ситуациях, Так, внезапная посадка напряжения выпрямителя при коротком замыкании в отправной системе или при шунтировании моста выпрямителя не приводит к возникновению условий полного сброса, мощности (фиг. 1, переход от характеристики 1 к характеристике

3), как это имеет место при установке напряжения инвертора заданием угла включения.

При условии, что статический коэффициент усиления регулятора тока выпрямителя бесконечно велик, при любом токе, заданном на выпрямиТе40

60 ле, существует строгое соответствиемежду максимумом инвертируемой мощности и взаимным расположением характеркстик концевых подстанций, особенностью которого является совпадение точек пересечения и излома.

Однако при конечных значениях .коэффициента усиления регулятора тока выпрямителя указанная закономерность в области малых значений передаваемой мощности может нарушаться.

На фиг. 2а 1 †. внешняя характеристика выпрямителя с отнесенной к нему линией при некотором произвольном значении уставки регулятора тока, имеющего конечный коэффициент

15 усиления; 2 — линии равной мощ Рд, ности Udu= . где Р,. „-const 3 ось симметрии линий равной мощностиОчевидно, что если линии равной мощности касаются приведенной внеш- ней характеристики выпрямителя в точке ее излома, то вывод инвертора на максимум мощности обеспечивает режим работы ППТ с заданным током и минимальным углом включения выпрямителя, Посмотрим, могут JIM линии равной мощности касаться естественного кли искусственного участков приведенной внешней характеристики выпрямителя при произвольных значениях. уставки и ЭДС выпрямителя в предположении, что наклоны участков неизменны.

Обозначим наклон естественного участка к оси абсцисс через Ке

35 ао„„ д1. @

Наклон искусственного участка обозначим через Ко к =(„ "I

Наклон касательной к линиям равной мощности в произвольной точке отвечает выражению

45 д (6)

1, и принимает любые значения, в том числе Ке и Ки.

Геометрическим местом точек касания линий равной мощности к искусственному участку внешней характеристики выпрямителя является прямая. а(о е сЯ

55 Геометрическим местом точек касания линий равной мощности к искусственному участку внешней характеристики выпрямителя является прямая (3 =-К„т„(Ж

Геометрические места точек касания показаны на фиг. 2а лучами 4, 5.

Луч 4 соответствует выражению (7), . луч 5 - выражению (8). В заштрихованных областях максимум мощности

45 не совпадает с точкой излома внеш736262 ней характеристики выпрямителя,, соответствует точке пересечения искусственного участка с лучом 5 и естественного участка с лучом 4, Заштрихованные области приходятся на небольшие значения передаваемой мощности. Область, ограниченная лучом 4, соответствуе- крайне низким напряжениям передачи и находит я вне пределов рабочих режимов ППТ.

Но здесь нарушается однозначность между величиной тока и передаваемой мощностью, Область, ограниченная лучом 5, при небольших коэффициентах усиления регулятора тока может оказаться в зоне рабочих токов ППТ, ч о недопустимо, так как заданное значение тока поддерживается при.пониженном напряжении передачи.

Таким образом, область работы способа по естественным характеристикам мощности ППТ в общем случае является ограниченной.

C целью расширения области режимов работы предлагается поддерживать на инверторе максимум мощности при максимуме напряжения, формируя контролируемую величину в виде суммы сигналов, пропорционал ьных мощности и напряжению инвертора:

1=Р„Х .0 () где р — контролируемая величина; весовой коэффициент, имеющий размерность тока.

Ликии равных з начений контролируемой величины (9) в координатах тока и напряжения представляют гобой соответствующие линии равной мощности, сдвинутые по оси абсцисс влево на величину „.

Если положит ь I o= ь1кз, где д 1, .установившееся з качение кабрас а тока выпрямителя при коротком з амыкании на выводах инвертора (см. фиг. 2б), то область малых токов, где нарушается соответствие между максимум контролируемой величины и точкой излома приведенной внеЫней характеристики выпрямителя,п»реместится по вертикали в область повышенных напряжений передачи, а область пониженных напряжений при этом увеличится незначительно (на величину /К / д1„, °

Достигаемый эффект иллюстрирует фиг, 2б, где 1 — внешняя характep <стика выпрямителя; 2 — линии равных значений контролируемой величины

; W=cOn t.

1 т, 3 — ось симметрии линий равных значений контролируемой величины; 4 нижняя граница допустимых режимов;

5 — верхняя граница допустимых р»жимов, Таким образом, контролируемая величина 9 позволяет установить 0E1— тимальный режим передачи во всем диапазоне рабочих токов. Эта же контролируемая величина может быть исгользована для оптимизации режима работы ППТ в случае безинерцион— ного регулирования выпрямителя на постоянство передаваемой мощности, поскольку участок внешней характерис тики выпр ямител я, определ яемый регулятором мощности, предсz.àâëÿåò собой линию равной мощности, которая будет пересекаться более пологими линиями равных .значений контролируемой величины 9, Причем з«ачение контролируемой величины при движении по линии равной мощности к точке и зл ома внешней характери стики возрастает, Б контролируемую величину по выражению 9 входит

20 мощность, подводимая к инвертору.

Значение мощности получают перемножая тем или иным способом сигналы датчиков напряжения и тока линии, Нелинейная операция перемножения двух величин делает зависимой форму э кстремальной холма от режима ППТ по установке тока и ЭДС выпрямителя (фиг, 1), что осложняет работу экстремального регулятора, а при отсутствии адаптаци,i приводит к готере качества, C целью упрощения формирования контролируемой величины и облегче— ния условий работы экстремального. регулятора предлагается поддерживать на инверторе максимум тока при максимуме напряжения, формируя конт— ролируемую величину в виде суммы сигналов пропорциональных току и напряжению инвертора срк 1 tê,, О „{hnj где = — контролируемая величина;

К, К вЂ” весовые коэффициенты, U одновременно переводящие величины Хс,, с и сигналы одной размерности, Замена произведения линейной операцией суммирования делает наклон линий равны значений контролируемой величины гостоянным на †ñ пло:— кости (UgU„.аде), как показано на фиг, За, Л где I, Х, I — характеристики выпрямител я при произ вольных значениях уставки и ЭДС выпрямителя;

l,2 — линии равных значений контролируемой величины, по выражению, 10) для частного случая

Кт - К,,> — 1 а

Поэтому при вывод нении услови я т,к (М ,) 736 262

10 где значения К, К „беру ся по выражениям 4, 5, максимум суммы достигается в точке излома приведенной внешней характеристики выпрямителя независимо от режима по уставке тока и ЭДС выпрямителя. В контролируемую величину по выражению (10) входит напряжение постоянного тока, измерение которого представляет определенные трудности и требует наличия высоковольтного датчика напряжения постоянного тока.

С целью дальнейшего упрощения системы за счет отказа от измерения напряжения постоянного тока инвертора предлагается поддерживать на иннерторе экстремальное значение такой контролируемой величины, положение экстремума которой совпадает с положением экстремума суммы напряжения и тока инвертора, а саму контролируемую величину формировать по параметрам, косвенно характеризующим режим иннертора по напряжению или по напряжению и току, Указанная контролируемая величина может быть записана н виде следующей функции в=К 1 -к () (

К,К вЂ” коэффициенты пропорциональности одновременно переводящие величины

1с о н сигнал одной раз— мерности °

Параметром Ч, характеризующим режим работы иннертора, в выражении (12) может быть угол опережения зажигания (P), угол погасания (О ), управляющее воздействие на угол включения инвертора, то есть устанка р или d, уставка тока инвертора ly„, величина рассогласовання регулятора тока (1d — Тч„) и т.д.

Идейная сторона формирования конт- ролируемой неличины по. выражению (12) заключается в том, что приращение тока ППТ при изменении управляющего воздействия на угол включения инвертора на одну и ту же величину различно на разных участках внешней характеристики выпрямителя; на естественном участке оно больше, на искусственном меньше, и градиент .контролируемой величины по параметру. который имеет следующий вид Р K .had ) 05)

DY I ДЯ

40 при некоторых соотношениях несовых коэффициентов Кг, К„изменяли знак при переходе с одного на другой участок внешней характеристики выпрямителя. а для искусственного участка не более величины В: коэфконтунимовыго соотношение между весовыми фициент ами К, К „, при котором ролируемая величина становится дальной функцией соответствует раже ни ю:

g> — 7 Ь (t6)

1 ч

Рассмотрим следующий конкретный пример, Пусть управление углами включения преобразовательных подстанций производится по арккосинусному закону. На инверторе установлены регулятор тока и регулятор угла погасания компенсирующего типа, взаимодействующие между собой по принципу суммирования сигналов.

Экстремальный регулятор воэдейству- ° ет на напряжение иннертора посредством регулятора тока инвертора, уставку которого он вырабатывает.

При принятых допущениях все участи статических ннешних характеристик выпрямителя и инвертора в области нормальных режимов линейны и имеют вид, как показано на фиг. Зб, где 1 — приведенная внешняя хараквЂ..еристика выпрямителя;

6 — внешняя характеристика инвертора при фиксированном уставке тока инвертора) .

Если построить зависимость тока пеРедачи 1г1 от УпРавлЯющего воздействия экстремального регулятора устанки Ivu то для принятых на фиг. Зб соотношений предельных напряжений подстанций зависимость имеет вид, показанный ломанной 7. Причем точка излома зависимостиТс1(1„ ) соответствует такому значению уставки тока иннертора, при котором точкой пересечения внешних характеристик подстанций является точка излома характеристики выпрямителя, Если из зависимости 7 вычесть величину, прямо пропорциональную значению устанки тока инвертора (управРеальные внешние характеристики выпрямитель ной подст-анцин имеют весьма небольшую переходную зону между естественным и искусственным участками, по углу включения сос- тавляющую (0-10) эл град 1

Если предположить . что для ач естественного участка не менее некоторой величины А:

736262 Ф=к И Yа ) (19)

Формула из обретения

Гсм ляющему воздействию экстремального регулятора), показанную лучом 8„ такую, что где К вЂ .коэффициент пропорциональУ ности, то получим статическую уномодальную зависимость 9, максимум которой совпадает с точкой излома характеристики 7, Поскольку для наличия экстремума функцииФ=(1, -К 1 „) необходимы только градиентные соотношения (17), соответствие максимума функции точке излома. внешней характеристики выпрямителя имеетместо при произвольных значениях уставки тока и ЗДС выпрямителя, пока приведенная внешняя характеристика выпрямителя (точнее точка ее излома) находится ниже участка характеристики инвертора, определяемого регулятором угла погасания, то есть в зоне работы экстремального регулятора.

Таким образом„ в качестве конт-. ролируемой величины на инверторе может быть взята величина ц =1,-К, „„(ь) где K> - коэффициент, удовлетворяющий соотношению (17), Как видно из (18), структура этого выражения соответствует общему виду контролируемой величины в соответствии с выражением (12) Развивая данный пример„ покажем что в качестве параметра v „ характеризующего режим инвертора, может быть взято управляющее воздействие регулятора тока на угол включения инвертора, которое вырабатывается в соответствии с законом

1 „Способ управления режимом электропередачи постоянного тока, содержащей выпрямительную и инверторную годстанции, путем измерения режимных параметров и регулирования напряжений одной преобразовательной подстанции на поддержание задан— ного значения тока, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности управ )5 ления, измеряют режимные параметры на второй преобразовательной подстанции и посредством регулирования ее напряжения поддерживают экстремальное значение контролируемой веQQ личины, формируемой по измеренным параметрам.

2, Способ по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что напряжение преобразовательной подстанции, на которой поддерживают экстремальное

45 значение контролируемой величины, регулируют путем изменения уставки регулятора тока этой подстанции °

3. Способ по пп, 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, ч-.î экстремальное значение контролируемой величины поддерживают на инверторной подстанции, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Акцептованная заявка Японки

Р 35734/72, кл, 56 С 2, 1972, 2, Основные технические проблемы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения.

4О Ред, Стукачев A.Â, Серия Электротехника и энергетика, N„, 1971.

736262

Тди

d Iy

Заказ 2283/10 Тираж 783

1НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подпи сн ое

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная., 4

Составитель Л, Дементьева

Редактор М. Ликович Техред Ж.Кастелеевич Корректор В, Синицкая