Способ регулирования напряжения электрической сети

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сотоз Советсиик

Социалист ичесни к республик (iii 900362 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.10.79(2! ) 2826640/24-07 с присоединением заявки .лв (23) Приоритет

Опубликовано 23.01.82. Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 26 01 82 (5! )М. Кл.

Н 02 J 3/12

Вкудврствскввд квинтет

СССР ве делам кэобрвтеккй к виритий (53) УДК 621 316.722:621.311. 1(088,8) Н. М. Космынина и А. В. Шмойлов (72) Авторы изобретении, ордена Трудового т им. С. М. Кирова

Томский ордена Октябрьской Революпии

Красного Знамени политехнический инст (7т) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ---ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Иэобретеийе относится к управлению режимами ттаботы энергосистем и может быть использовано для регулирования напряжения сетевого района энергосистемы. ттзвестньт способы автоматического регулирования напряжения узла электрической сети, основанные на измерении напряжения узла и потоков мощности его лучей-присоединений, суммирований напряжения с ЭДС, пропорциональными мощностям лучей, и воздействий на ис-, точники реактивной мощности и трансформаторы сЬяэи узла в зависимости от характера этой суммы (11.

Однако Данные способы позволяют реализовать регулирование напряжения в одном узле, так квк используют исходную инфоттмацттю только этого узла, Для сетевого района такие способы не пригодны.

Известен также способ автоматического регулирования напряжения в электрических сетях путем программного уп2 равления трансформаторами связи в зависимости от напряжения сети и перетока, реактивной мошности по линии связи между трансформаторами связи (2) .

Этот способ позволяет осуществить регулирование напряжения сетевого района, однако оно не обеспечивает требуемого распределения напряжений в контрольных узлах, так как фактически регулирование трансформаторов связи выполняется по локальной информвпии напряжения данного узла и перетоквм в соседние.

Что касается напряжений в других узлах и перетоков иэ соседних узлов в более !

5 дальние от денного, то они никаким образом не учитываются. Способ не преду» сматривает отработки какого-либо обобщающего критерия по всей электрической сети. Поэтому снижение потерь, связанных с пе.ретоквми мощности, достигается только для локальных участков сети. В жлом потери в сети при этом могут не уапц.ко уменьшаться, но даже возрастать, 3 900362 4

11ель изобретения — уменьшение потерь, связанных с перетоками мощности по линиям электрической сети.

Эта цель достигается тем, что согласно способу регулирования напряжения электрической сети путем централизованного управления источниками реактивной мощности и трансформаторами связи в зависимости от напряжений контролируемых узлов, измеряют нагрузку контрольных узлов, получают среднее значение напря жений контролируемых узлов путем суммирования с удельными весами, пропорциональными нагрузкам, напряжений узлов, суммируют модули степенных преобразований отклонений напряжений контролируемых узлов от их среднего значения с теми же удельными весами и управляют источниками реактивной мощности и трансявляется наибольшим (3) .

20 ф.рматорами связи до получения минимума суммы модулей отклонений, а затем максимума среднего значения напряжений контролируемых узлов.

Известен способ автоматического регулирования напряжения в энергосистеме путем централизованного изменения уставок источников реактивной мощности и трансформаторов связи в зависимости от отклонений напряжения в контрольных узлах и пропорциональных им приращений ущерба. В отличие от предыдущего споЪ соба здесь предусмотрен обобщающий критерий регулирования напряжения для )O всего сетевого района. Он состоит в сопоставлении по величине между собой приращений ущерба в контрольных узлах.

Изменение уставок источников реактивной мощности осуществляют, начиная с источ- 1 ника, для которого отношение изменения напряжения в узле с максимальным значением сигнала приращения ущерба к величине изменения реактивной мощности

Хотя критерий сопоставления приращений ущерба и отношений изменения напряжения к изменению реактивной мощности для каждого узла охватывает параметры режима всего сетевого района или даже энергосистемы;результаты его воздействия на энергообъект являются чисто локальными. Действительно, критерий позволяет выбрать узел электрической системы, где регулирование напряжения является наиI более желательным, однако это вовсе не означает, что в результате такого регулирования может быть достигнут больший эффект для всей системы, т. е. более оптимальное распределение напряжений в узлах, которое обеспечивает меньшие потери в электрических сетях, более высокое качество напряжения в целом, а не ю отдельном узле. Потери в сетях, ущерб от отклонений напряжения, качество напряIO жения для сетевого. района или энергосистемы могут быть эффективно сбалансированы только тогда, когда критерии, характеризующие их и используемые для регулирования, будут на столько представлять .распределение (или динамику) оптимизируемого показателя, сколько давать интегральную оценку последнего для всего энергообъекта. Обсуждаемый критерий не дает требуемую интегральную оценку.

Поэтому достигаемое с помощью него повышение качества напряжения справедливо только для регулируемого узла. Что касается энергосистемы, то для нее в целом такой способ регулирования может не повысить, а даже снизить качество напряжения, также не снизить, а возможно и увеличить потери от перетоков мощности в сетях.

Уменьшение потерь в целом по всей сети реализуется благодаря использованию для регулирования критериев., дающих интегральную оценку распределения напряжений в сети. Так, сумма напряжениЯ узлов с удельными весами является средним значением (математическим ожиданием) данного распределения, а другая сумма модулей степенных преобразований отклонений напряжений в укаэанных àõ с теми же удельными весами характеризует рассеяние (дисперсию) напряжений.

Удельные веса при формйровании среднего значения и рассеяния могут быть выбраны различными путями, в том числе и пропорциональными нагрузками узлов.

Это зависит от состава и категории потребителей в различных узлах. Если категория нагрузок в узлах в среднем однородная, то целесообразно удельные веса принять пропорциональными нагрузкам.

Если категория нагрузки в ряде узлов более ответственная, чем в остальных, то напряжениям в данных узлах нужно присвоить более высокие удельные веса.

В случае однородной категорийности и небольшого отличия нагрузки в различных узлах удельные веса могут быть приняты одинаковые. При соблюдении способов выбора удельных весов сформированные среднее значение и рассеяние наиболее полно характеризуют распределение напря-. жений в узлах.

Критерии среднего значения и рассеяния напряжений узлов непосредственно электрической сети.

На чертеже представлен возможный вариант схемы для осуществления предо лагаемого способа.

На схеме изображена электрическая сеть с узлами. 1 — 8. К узлам через трансформаторы связи подключены нагрузки и источники реактивной мощности.

14 Электрическая сеть содержит регуляторы S — 15 трансформаторов связи. нагру зок, регуляторы 16 — 19 источников реактивной MolllBocTH. Информация об ,уровнях напряжений (штрихпунктирные линий) и нагрузках (пунктирные линии) узлов собирается и обрабатывается на центральном пульте 20. На основании этого выоабатываются командные воздействия, ксторые с центрального пульта

20 поступают на регуляторы.

Способ оегулирования напряжения электрической сети осуществляется следующим образом.

С помощью датчиков напряжения и

25 мощности, а также каналов телемеханики иа центральном пульте собирается информация,о значениях ианряжения и нагруз- ки выбранных контрольных узлов 1 - 7 электрической сети, На центральном пуль

39 те 20 с помощью вычислительных средств ,или специализированной аппаратуры,осу. ществляют суммирование напряжений в узлах суделькыми весами S„ IS, rae

- мощность нагрузки j -го узла;

- нагрузка всех контрольных узлов, т. е. получают среднее значение напряИ

, М(0) = Е UÄSÄls, 1=1 где H- число контрольных узлов.

46 Также производят суммирование модулей степенных преобразований отклонений напряжений О,, от их среднего значения М (U) с теми же удельными весами, т. е. формируют рассеяние напря

45 и"Я Ъ(0)= Е К0,- М(О))к16„И, 1=4

tu;-M(u)) S; IS

5 90 связаны с потерями электрической сети.

Действительно, чем выше реднее значение, тем при более высоком напряжении ведется передача и распределение электроэнергии, а следовательно, тем ниже потери в сети. С уменьшением рассеяния напряжения относительно среднего значения снижаются также и потери в сети, так как отклонения напряжений от среднего значения, которые формируют рассеяние, н перепады напряжений по концам линий, определяюшие потери в электропередачах, в с зеднем уменьшаются при уменьшении разницы между напряжениями в различных узлах. Идеальным случаем распределения напряжения в узлах сети с точки зрения потерь является такой, когда напряжения во всех узлах одинаковые. Потери при этом в сети будут равны нулю, среднее значение — напряжению в любом из узлов, рассеяние — нулю. Однако в обычной сети это может быть тогда, когда перетоки по линиям равны нулю.

Фактические перетоки по линия:,. обуславливают потери, что приводит к фазовой и амплитудной неодинаковости напряжений в различных узлах сети. 11оэтому при регулировании напряжений в сети необходимо добиться минимально возможной фазовой и амплитудной неодинаковости. Физически фазовая неодинаковость напряжений в узлах не может существовать отдельно без амплитудной.

Поэтому достаточно воздействовать на последнюю, чтобы изменить потери в сети. Это воздействие может быть sect» ма эффективно осуществлено в два этапа. Сначала необходимо добиться. минимально возможного рассеяния напряжений.Этоприведет к снижению отклонений или неодинаковости напряжений в узлах, а следсаательно обеспечит наилучшее для данных условий среднего уровня напряжений распределение последних с точки зрения минимума потерь в сети. Затем следует повысить среднее значение (уровень) напряжения.

Эта мера повысит напряжения в узлах, то снизит токи в линиях и отклонения пряжений от нового среднего значения, т. е. неодинаковость напряжений, что эквивалентно также снижению потерь в сети.

Таким образом, регулируя источники реактивной мощности и трансформаторы связи, исходя из минимума рассеяния и максимума среднего значения напря кеннй в узлах сети, можно получить десьма близкое к оптимальному, с точки

0362 i зрения потерь, распределение напряжений где К вЂ” показатель степенного преобразования. Если К 2, то рассеяние cosпадает с наиболее часто используемой . математической статистике оценкой дисперсии случайной величины. Если К 2, то получаются другие оценки рассеяния, в том числе при К 1.

При формировании D (0 ) становятся известными отклонения напряжений в узлах от среднего значения:

7 9003

Этот факт целесообразно использовать для установления порядка воздействий на регуляторы источников реактивной мощности и трансформаторов связи. Очевидно, регулирование нужно начинать с того источника, в узел которого (или который наиболее близко расположен к узлу) обнаружено наибольшее отклонение напряжения. Так, если наибольшее отклонение напряжения обнаружено в узле 3, щ следует произвести регулирование источника реактивной мощности, присоединенного к этому узлу. Если наибольшее отклонение напряжения оказалось в узле 1, не имеющем источника реактивной мощности, то необходимо реализовать регулирование какого-либо из источников в наиболее близких соседних узлах 2 или

4, а именно, то: оисточника,,в узле которого большее отклонение $0„. -Ж (0))5.; t5;

Причем, если отклонение положительно, то необходимо уменьшить мощность, вы« рабатываемую источником, и наоборот.

После определенной дозы воздействия нужно сравнить полученное значение рассеяния с предыдущим. Если рассеяние уменьшилось, следует продолжить воздействие на источник реактивной мощности в том же направлении, пока не прекратится уменьшение рассеяния. Получив минимум рассеяния D(0), необходимо, если позволяют регулировочные диапазоны источников реактивной мощ"йости и не достигнуты максимальнъ|е эксплуатационные уровни напряжения в узлах, увеличить вырабатываемую реактивную мощность всеми источниками.

Воздействие на источники можно осуществить в соответствии с удельными весами узлов. При этом, если в части узлов получены максимальные эксплуатационные уровни напряжения, воздействия на источники реактивной мощности целесообразно продолжить. Однако в уз лах с максимальными эксплуатационными напряжениями полярность воздействий нужно изменить на противоположную и доэчровать последние так, чтобы эксплуатационные пределы не были превышены. Так, следует продолжать воздействия, пока не будет достигнут максимум среднего значения M (Ц ). Причем с момента, когда были начаты воздействия противоположной полярности, в узлах с предельными напряжениями необходимо M более внимательно следить за величиной рассеяния чтобы оно не превзошло достигнутого ранее минимума, так как с указанного момента в сети начинает изменяться не только средний уровень напряжения, но также и характер распределения напряжения в узлах. Если при регулировании ис точника реак тив ной м ощности в узле начинает возрастать D(u), должно быть прекращено воздействие в данном узле и начато воздействие в следующем по порядку узле.

При отработке минимума Э(0)и максимума М(0) с центрального пульта 20 организуют также воздействия на трансформаторы связи, которые должны изменять свои коэффициенты трансформации в соответствии с напряжениями;(). в узлах и потребляемой мощностью 5

Все воздействия, посылаемые с центрального пульта на источники реактивной мощности и трансформаторы связи, отрабатываются на конкретных объектах через свои регуляторы 9 - 15 и 16 - 19, ко-. торые, наряду с воздействиями центрального пульта, воспринимают полагающуюся информашпо конкретного объекта, напри жение узла и потоков мощности в его присоединениях, т. е. регулирование источников реактивной мощности и транс-, форматоров связи,осуществляется через установленные на данных объектах регуляторы напряжения, на которые подается дополнительная информация с центрального пульта.

После обработки минимума рассеяния и максимума среднего значения распределения напряжений в узлах электрической сети, которые начинались:с целью уменьшения максимального отклонения напряжения s конкретном узле от среднего значения всех контрольных узлов, приступают к следующему циклу регулирования, который реализует точно так же, как и описанный цикл, т. е., начиная с выявления максимального отклонения напряжения в контрольных узл.х, выбора узла, где должен быть отрегулирован источник реактивной мощности и т. д.

Возможны и другие конкретные реализации операций предлагаемого способа регулирования напряжения.

В результате .описанного регулирования напряжения электрической сети в каждый небольшой промежуток времени (момент) будет оптимальное распределение напряжения в контрольных узлах, что обеспечит минимум потерь в сети от перетоков мощности в линиях.

До сих пор такие способы регулирования напряжения по интегральным кри9 90036 териям всей сети не применялись. Способ требует для реализации не много аппа- ратуры; каналы для передачи данных

:(телемеханика), простые датчики напряжения, центральный пульт.

S г

Что касается сложных датчиков мош» ности, то они в большинстве практических случаев могут не применяться: удельные веса узлов чаще всего определяются не обы мом потребляемой мощности, а категорией потребителя, кроме того, потребляемые мощности в узлах не так уж сильно меняются. Поэтому удельные веса напряжений в узлах и их отклонений могут выбираться постоянными.

В отличие от способов регулирования действующих по детерминированным алгоритмам, предлагаемый способ гибок в реализации и внедрении. Для его осуществления первоначально достаточно выбрать три наиболее значимых контрольных узла. По мере накопления опыта и аппаратуры, совершенствования последней, 25 сцособ может быть распространен на большее количество узлов, постепенно охватывая все важные узлы. Вследствие развития сети значимость узлов будет меняться. Способ может быть применен в любой сети, независимо от числа узлов, источников реактивной мощности, их типа.

2 1О формула изобретения

Способ регулирования напряжения электрической сети путем централизованного управления источниками реактивной мощности и трансформаторами связи в зависимости от напряжений контролируемых узлов, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью уменьшения потерь, связанных с перетоками мо|цности по линиям сети, измепяют нагрузки контрольных узлов, получают среднее значение напряжений контролируемых узлов путем суммирования с удельными весами, пропорциональными нагрузкам, напряжения узлов, суммируют модули степенных преобразований отклонений напряжений контролируемых узлов от их среднего значения с теми же удельными весами и управляют источниками реактивной мощности и трансформаторами связи до получения минимума суммы модулей отклонений, в затем максимума среднего значения нвпряженил контролируемых узло, .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 496635, кл. Н 02 J 3/.12, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

% 432635, кл. Н 02 J 3/12, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

% 481099, кл. Н 02 У 3/12, 1972 (прототип).

900362

Составитель К. Фотина

Редактор H. Егорова Техред М.Рейвес Корректор А. Йзятко

Заказ 12 198/70 Тираж 66 9 П одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4