Устройство для моделирования энергосистем

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

<С,(4P

< >7ВЗМЗ

ОПИСАНИK

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву-(22) Заявлено 20.07.78(2 ) 2646699/18-24 (51)М. Кл.

G 06 G 7/63 с присоединением заявки HP

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150980, Бюллетень М 34

Дата опубликования описания 17.0980 (53) УДК 681.333 (088.8) (72) Автор. изобретения

Д. И. Азарьев (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ЭНЕРГОСИСТЕМ

2 ограниченная область его применения из-за того, что в нем не учитывается, действие регуляторов скорости турбогенераторов и аварийная разгрузка турбин, отсутствуют устройства, моделирующие управляемые реакторы, а также устройства, позволяющие наблюдать за изменением суммарных перетоков мощности по нескольким межсистемным связям, и устройство управления процессом исследования.

Цель изобретения - повьваение эффективности работы устройства.

Цель достигается тем, что в устройство для моделирования энергосистем, содержащее блок моделирования сети, первый выход которого подключен к сумматору потоков мощности, второй выход соединен с первым входом блока моделирования потребителей электроэнергии, выход которого подключен к первому входу блока моделирования сети,при этом вторые входы блока моделирования сети и блока моделирования потребителей электроэнергии соединены с первым и вторым выходами блока програю ного управления,введены блок регулирования мощности,лазовращатель,синхронизатор,сумматор моментов, блок регулирования часИзобретение относится к вычисли тельной технике.

Известны физические модели элек- . трической системы, в которых синхронные машины электростанций моде- 5 лируются также синхронными машинами, но менфиих размеров, а потребители энергии моделируются асинхронными двигателями и активными и реактивными сопротивлениями |1j 10

Недостатками таких моделей являются большая стоимость и громоздкость

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования энергосистем )5 содержащее блок моделирования сети первый выход которого подключен к сумматору потоков мощности, второй выход соединен с первым входом блока моделирования потребителей электро-,Q энергии, выход которого подключен к первому входу блока моделирования сети, при этом вторые входы блока моделирования сети и блока моделирования потребителей электроэнергии соедиС5 иены с первым и вторым выходами блока программного управления, схемы сравнения и исполнительные органы 2), Недостатками устройства являются недостаточная эффективность работы и

Ордена Октябрьской Революции всесоюзный государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт

"Энергосетьпроект"

763923

10 тоти при аварийной разгрузке турбин, I блок моделирования управляемого реактора и блоки регистрации. Причем входы первого из блоков регистрации подключены к третьему выходу блока моделирования сети и к выходу сумматора потоков мощности соответственно, четвертый выход блока моделирования сети подключен к первому входу блока регулирования мощности, выходы которого соединены с первым и вторым входами сумматора моментов, первый и второй выходы сумматора моментов подключены к первому и второму входам блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин и к входам синхронизатора, выход которого соединен с входом фазовращателя, выходом подключенного к второму входу блока регулирования мощности и к первому входу второго блока регистрации, второй вход которого соединен с третьим выходом блока программного управления,, четвертый и пятый выходы последнего подключены к третьему и четвертому входам блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, первый выход которого соединен с третьим входом сумматора моментов, третий выход которого подключен к пятому входу блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, при этом выход блока регулирования мощности подключен к третьему входу блока моделирования сети.

Блок регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин содержит трансформатор, усилители, потенциометры, реле, группы ограничительных резисторов, выпрямители и асинхронный двигатель, статорная обмотка которого подключена к выходу первого усилителя, причем первый вход первого усилителя соединен с подвижным контактом первого потенциометра, выводы которого соединены с выходом втОрого усилителя и являются первым и вторым выходами блока регулирования частоты ри аварийной разгрузке турбин, первичная обмотка трансформатора подключена к выводам источника питания, первая вторичная обмотха трансформатора является пятым входом. блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, второй выход которого соединен со средним выводом первой вторичной обмотки, вход второго усилителя подключен х подвижному контакту второго потенциометра, выводы которого соединены с второй вторичной обмоткой трансформатора, роторная обмотка асинхронного двигателя соединена с третьей вторичной обмоткой трансформатора, четвертая вторичная обмотка ко торого подключена к выводам последовательно соединенных третьего и четвертого потенциометров, общий

t5.

40 вывод которых подключен к выходу второго усилителя и через первый размыкающий контакт первого реле к первому входу блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин.

При этом подвижный контакт третьего потенциометра через размыкающий контакт второго реле соединен с замыкающим контактом первого реле, подвижный контакт четвертого потенциометра подключен к первому замыкающему контакту второго реле, выводы пятой вторичной обмотки трансформатора подключены к анодам выпрямительиых диодов, катоды которых объединены и через реостат соединены с первым выводом обмотки торможения, второй вывод которой через согласующий резистор подключен к среднему выводу пятОй вторичной обмотки трансформатора, соединенному через второй раз мыкающий контакт первого реле .с вторым выводом обмотки торможения, первый вывод которой через последовательно соединенный второй реостат и второй эамыкакщий контакт второго реле подключен к среднему выводу пятой вторичной обмотки трансформатора, второй вход первого усилителя является вторым входом блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, третий и четвертый входы которого подключены к обмоткам первого и второго реле.

Блок моделирования управляемого реактора содержит три индуктивных сопротивления, соединенных в звезду, первая вершина которой через задающий конденсатор подключена к выходу первого автотрансформатора, соединенного последовательно с вТорым автотрансформатором, выходом соединенным с второй вершиной звезды, третья вершина которой через тиристоры, включенные встречно-параллельно, подключена к выходу первого автотрансформатора, вход которого через регулятор напряжения соединен с управляющими электродами тиристоров, причем вход первого автотрансформатора является входом блока моделирования управляемого реактора.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 представлен блок программного управления, на фиг. 3 - блок моделирования управляемого реактора; на фиг. 4 изображена блок-схема сумматора потоков мощности, Устройство для моделирования энер. госистем содержит блок 1 моделирования сети, блок 2.моделирования потребителей электроэнергии, блок 3 модел рования синхронных машин электростан. ций, который содержит последовательно соединенные синхронизатор 4, фазовращатель 5, блок регулирования мощности б и сумматор моментов 7, создаваемых турбиной и генератором.

763923

)Количество блоков моделирования потребителей энергии и блоков моделирования синхронных машин определяется количеством электростанций и подстанций, "питающих нагрузки исследуемой электрической системы.

Блок моделирования синхронных машин электростанций связан с блоком

8 регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, который содержит трансформатор, 9 и асинхронный двигатель 10. Статорная обмотка 11 асинхронного двигателя подключена к усилителю 12, вход которого соединен с подвижным контактом потенциометра 13, входом псдключенного к выходу усилителя 14 и через вторичную обмотку 15 трансформатора к сумматору моментов 7. Вход усилителя 14 подключен к подвижному контакту потенциометра 16,вход которого соединен с вторичной обмоткой 17 трансформатора. Обмотка 18 асинхронного двигателя 10 соединена с вторичной обмоткой 19 трансформатора. Вторичная обмотка 20 трансформатора подключена к последовательно соединенным потенциометрам 21 и 22. Вторичная обмотка 23 через выпрямительные диоды 24 и реостат 25 подключена к обмотке торможения 26 асинхронного двигателя 10. Последовательно с обмоткой торможения включен согласующий резистор 27. Блок 8 содержит также реле 28 и 29 с контактами и реостат 30.

К блоку 1 моделирования электрической сети подключен блок 31 моделирования управляемого реактора.

Число таких блоков определяется количеством дальних электропередач в исследуемой системе. Кроме того, к блоку моделирования электрической сети подключены блок регистрации 32 и сумматор потоков мощности 33, соединенный с блоком регистрации. К фазовращателю 5 подключен блок регистрации 34, который регистрирует фазы

ЭДС синхронных машин.

Управление блоками, входящими в устройство, осуществляется блоком программного управления 35, который выходами подключен к обмоткам реле 28 и 29 блока 8 регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, к блоку регистрации 34, к блоку

3 моделирования синхронных электростанций, к блоку 1 моделирования электрической сети и к блоку 2 моделирования потребителей электроэнергии.

Блок программного управления выполнен в виде ряда групп дисков 36 (фиг.2) насаженных с возможностью вращения на две независимые оси 37, каждая из которых связана механичеоки с двигателем 38, причем каждый диск снабжен шкалой 39 и шпилькой

40 с возможностью замыкания с ее помощью установленной на рейке 41 контактной группы 42, включенной в цепи исполнительных элементов блоков моделирования. Одна из осей состоит из двух частей, снязанных между собой редуктором 43. Скорость вра щения осей может быть изменена с помощью редуктора 44.

Блок 31 моделирования управляемого реактора (фиг.3) состоит из индуктивных сопротивлений 45, воспроизводящих схему замещения трехобмоточного трансФорматора с большими индуктивными сопротивлениями обмоток,к одной из вторичных обмоток которого подключен конденсатор 46, а к другой под15 ключены встречно-параллельно два тиристора 47, управляемых регулятором напряжения 48. К третьей обмотке и точке соединения конденсатора 46 и тирист< ров 47 подключены два послерц довательно соединенных автотрансформатора 49 и 50. К входу автотрансформатора 49 подключен регулятор напряжения 48 и блок 1 моделирования электрической сети.

Сумматор потоков мощности 33 состоит из преобразователей мощности в напряжение постоянного тока 51 (фиг. 4), входы которых подключены к блоку 1 моделирования электрической сети, а выходы соединены последовательно и включены на вольтметр постоянного тока 52 и на вход блока регистрации 32.

Устройство для моделирования энергосистем работает следующим образом.

После набора схемы исследуемой системы и установки коэФФициентов на блоках, моделирующих синхронные машины, потребителей энергии, блоке управления 35, блоках регулирования

40 частоты при аварийной разгрузке турбин, а также блоках 31 моделирования управляемых реакторов включают питание устройства, блок 3 и блок 2 моделирования потребителей электроэнергии отрабатывают заданный им режим. При этом процесс установки режима н блоках, моделирующих синхронные машины электростанций, осуществляется следующим образом.

Если активная мощность на выходе блока моделирования синхронной ма" шины меньше заданной, то сумматор моментов 7, создаваемых турбиной и генератором, выдает сигналы на вход синхронизатора 4, который увеличи55 вает фазу выходного напряжения фазовращателя 5 и, следовательно„ мощность, выданаемую блоком мОделирования синхронных машин, до тех пор, пока сигналы,.подаваемые на входы сумматора моментов, не сравняются.

Так как блок 3 работает параллельно с другими такими же блоками, то увеличение мощности одним из них вызывает уменьшение мощности, выдаваемой другими и возникает вращение

763923 фаэовращателЕй 5 других блоков, мо= делирующих синхронные машины, воспроизводя общее увеличение частоты.

Чтобы этого не происходило, в блоке

8 регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин предусмотрена обратная связь, вводимая с потенциометра 13 в цепь входа усилителя 12, которая, действуя через усилитель

12, двигатель 10, потенциометр 16 и усилитель 14, уменьшает сигнал, поступающий на вход сумматора моментов, и баланс моментов устанавливается при мощности, выдаваемой блоком моделирования синхронной машины электростанций, меньшей, чем при отсутствии указанной обратной связи. В результате система оказывается самобалансирующейся.

Изменяя уставки на потенциометрах 13 можно изменять распределение нагрузки по блокам моделирования синхронных машин,.отражая зависимость мощности от частоты, т.е.

P f(u ), где (3 - угловая скорость вращения фазовращателя 5 °

Аварийная разгрузка турбины и ее последующая нагрузка осуществляется реле 28 и 29, который вводят в цепь входа усилителя 12 напряжения с потенциометров 21 и 22. Питание этих реле подается через контактные нары, замыкаемые дисками блока управления

35 в той последовательности и с тем временем срабатывания, которые предварительно устанавливаются на дисках блока. Величины :аварийной разгрузки и последукнщей нагрузки устанавливаются на потенциометрах 21 и 22 соответственно, а скорость набора мощности устанавливается с помощью группы резисторов 30.

Блок 31 моделирования управляемых реакторов, устанавливаемых на дальних электропередачах для ограничения перенапряжений на линиях и повышения их пропускной способности, работает следующим образом. При повьыении напряжения на моделируемой линии регулятор напряжения 48(фиг.3) подает сигнал на открывание тиристоров 47. При этом ток, идущий через тиристоры, создает в индуктивных сопротивлениях 45 потери реактивной мощности, а напряжение в средней точке звезды и ток, идущий через конденсатор 46, уменьшается. В результате весь блок потребляет из сети рективную мощность, и напряжение в месте включения блока понижается до величины, заданной регулятором напряжения 48. Если в месте включения блока напряжение начинает понижаться, то регулятор напряжения выдает сигна лы на закрытие тиристоров, напряжение в средней точке звезды и на конденсаторе 46 начинает повышаться и блок выдает реактивную мощность и повышает напряжение. Для изменения

Номинальной мощности блока модели рования управляемого реактора используются два последовательно соединенных автотрансформатора 49 и 50 иэ которых второй служит для грубого, а первый — для точного изменения мощности.

Сумматор потоков мощности 33 межсистемных линий электропередач используется для определения мощности предельных по условиям статической устойчивости, на линиях, соединяющих две энергосистемы или две части одной и той же системы. Таких линий может быть несколько и блок, содержащий несколько преобразова15 телей активной мощности 51 в напряжение постоянного тока, входами подключается к блоку 1 моделирования сети, при этом выходы преобразова,телей 51, включенные последовательЩ но, подключены к вольтметру постоянного тока 52 и к блоку регистрации

32.

Взаимодействие всех блоков устройства можно пояснить на примере расчета динамической устойчивости системы при коротких замыканиях.

После того, как установится заданный режим работы исследуемой системы, на одном иэ дисков 36 бло30 ка управления 35 устанавливают время включенного состояния сопротивления короткого за тания или время, через которое поврежденная линия должна быть отключена, на другом диске устанавливают, например, время повторного включения поврежденной линии или время включения какого-либо мероприятия, повышающего динамическую устойчивость, например электрическое торможение или отключение части синхронных машин электростанции,устойчивость которой необходимо сохранить, на третье в- диске устанавливается либо время повторного отключения поврежу денной линии, либо время отключения

45 электрического торможения Другие диски могут использоваться для других целей: для каскадного отключения поврежденной линии, аварийной разгрузки турбины, отключения нагрузки и т.п.

После установки нужных параметров включается питание синхронных двигателей 38 (фиг. 2) блока управления и питание блока регистрации

34 (фиг. 1), При этом диски блока управления начинают вращаться, эамы55 кая контактные группы 42, подающие питание на исполнительные реле в той последовательности, которая установлена на дисках; блока управления. Последний диск замыкает цепь реле, которое снимает питание с блока управления и с блока регистрации 34 синхронных машин.

Технико-экономическая эффективность от применения устройства для моделирования энергосистем определя763923 ется как ее производительностью, превосходящей возможности современных ЦВМ при использовании существующих программ расчетов устойчивости, так и более полным моделированием сложной энергосистемы, которая достигается с помощью дополнительных блоков.

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования энергосистем, содержащее блок моделирования сети, первый выход которого подключен к сумматору потоков мощности, второй выход соединен с первым входом блока моделирования потребителей электроэнергии, выход которого подключен к первому входу блока моделирования сети, при этом вторые входы блока моделирования сети и блока моделирования потребителей электроэнергии соединены соответственно с первым и вторым выходами блока программного управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности работы, оно содержит блок регулирования мощности, фазовращатель, синхронизатор, сумматор моментов, блок регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, блок моделирования управляемого реактора и блоки регистрации, входы первого из которых подкл.очены к третьему выходу блока моделирования сети и к выходу сумматора. потоков мощности соответственно, причем четвертый выход блока моделирования сети подключен к первому входу блока регулирования мощности, выходы которого соединены с первым и вторым входами сумматора моментов, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин и к входам синхронизатора, выход которого соединен с входом фаэовращателя выход которого подключен к второму входу блока регулирования мощности и к первому входу второго блока регистрации, второй вход которого соединен с .третьим выходом блока программного управления, четвертый и пятый выходы которого подключены к третьему и чет. вертому входам блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, первый выход которого соединен с третьим входом сумматора моментов .третий выход которого подключен к пятому входу блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, при этом выход блока регулирования мощности подключен к третьему входу блока моделирования сети.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок регулирования частоты при аварийной раз-, грузке турбин содержит трансформатор, усилители, потенциометры, реле, группы ограничительных резисторов, выпрямители и асинхронный двигатель, статорная обмотка которого подключена к выходу первого усилителя, первый вход которого соединен с подвижным контактом первого потенциометра, выводы которого соединены с выходом второго усилителя и являются первым и вторым выходами блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к выводам источника питания, первая вторичная

15 обмотка трансформатора является пятым входом блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, второй выход которого соединен со средним выводом первой вторичной обмотки, .вход второго усилителя подключен к подвижному контакту второго потенциометра, выводы которого соединены с второй вторичной обмоткой трансформатора, роторная обмотка асинхронного двигателя соединена с третьей вторичной обмоткой трансформатора, четвертая вторичная обмотка которого подключена к выводам последовательно соединенных третьего и четвертого потенциометров, общий вывод которых подключен к выходу второго усилителя и через первый размыкающий контакт первого реле к первому входу блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, подвижный контакт третьего потенциометра через размыкающий контакт второго реле соединен с замыкакщим контактом первого реле, подвижный контакт четвертого потенциометра подключен

4{j к первому замыкающему контакту второго реле, выводы пятой вторичной обмотки трансформатора подключены к анодам выпрямительных диодов, катоды которых объединены и через реостат

45 соединены с первым выводом обмотки торможения, второй вывод которой через согласующий резистор подключен к среднему выводу пятой вторичной обмотки трансформатора соединенному через второй раэмыкакщий контакт первого реле с вторым выводом обмотки торможения, первый вывод которой через последовательно соединенный второй реостат и второй замыкающий контакт второго реле подключен к сред 55 нему выводу пятой вторичной обмотки трансформатора, второй вход первого усилителя является вторым входом блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, третий и четвертый входы которого подключены к обмоткам первого и второго реле.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, блок моделирования управляемого реактора содержит три индуктивных сопротив11

763923

12 лення, соединенных в звезду, первая вершина которой через задающий конденсатор подключена к выходу первого автотрансформатора, соединенного последовательно с вторым автотрансформатором, выход которого соединен с второй вершиной звезды, третья вершина которой через тиристоры, включенные встречно-параллельно, подключена к выходу первого автотрансформатора, вход которого через регулятор напряжения соединен с управляюшими электродами тиристоров вход первого автотрансформатора является входом блока моделирования управляемого реактора.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

1. Веников В. А. Теория подобия и моделирования. "Высшая школа, 1978, с. 342, 2. Авторское свидетельство СССР

М 291214, кл. С 06 Я 7/63, 1969 (прототи ).

763923

9 ие.3

Редакто Т.

Эаказ 2 чикова

Филиал ППП Патент", г. ужгород, ул. Проектная, Составитель И. Дубинина

Техред С.Мигунова Ко екто R. Сини кая

Тираж Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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