Устройство оптимального распределения активных мощностей в энергосистеме

 

УСТРОЙСТВО ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНЫХ МОЩНОСТЕЙ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ, содержащее блок телеизмерений генерирующий мощности,блок задатчиков уставок, связанные с управпяюш м блоком, содержащим делитель векторов, три умножителя матриц , три сумматора векторов, два сумматора , делитель, вычитатель, умножитель векторов и исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности , устройство дополнительно содеряшт блок телеизмерений нагрузки , блок задатчиков уставок включает в себя задатчик коэффициентов потерь генерирующих узлов, задатчик коэф циентов потерь нагрузочных узлов, задатчик относительных приростов затрат и задатчик постоянных приростов потерь, а управляющий блок выполнен из последовательно соединенных делителя векторов, дополнительно введенного инвертора матриц, первого умножителя матриц, первого сумматора векторов, первого сумматора, вычитателя , делителя, умножителя векторов и второго сумматора векторов, выход и второй вход которого подключены соответственно к входу исполнительного элемента и второму выходу первого сумматора векторов, второй вход которого подключен к первому выходу блока телеизмерений генерирующей мощности, первый и второй выходы блока телеизмерений нагрузки подключены к входу второго суммато (Л ра и к первомувходу второго умножителя матриц, а второй выход блока телеизмерений генерирующей мощности подключен к первому входу третьего умножителя матриц, выход и второй вход которого подключены соответственно к первому входу третьего сумматора векторов и к первому выходу ел задатчика коэффициентов потерь генео рирующих узлов, а выходы задатчиков относительных приростов затрат, коо о эффициентов потерь нагрузочных узлов , постоянных приростов потерь и второй и третий выходы задатчика коэффициентов потерь генерирующих узлов подключены соответственно к входу делителя векторов, вторым , входам второго умножителя матриц и третьего сумматора векторов, к первому входу четвертого дополнительно введенного умножителя матриц и к второму входу инвертора матриц, последовательно соединенного с четвер

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Н Ю

РЕСПУБЛИК (19) (11) А

4(51) Н 02 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3414983/24-07 (22) 31.03.82 (46) 15.04.85. Бюл. Ô 14 (72) И.И.Лондер, В.А.Морозов, Л.Д.Пустыльников и Т.А.Рудакова (71) Ордена Октябрьской Революции всесоюзный государственный проектнойэыскательский и научно-исследовательский институт энергетических систем и электрических сетей "Энергосетьпроект" (53) 621. 316. 762(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 556535, кл. Н 02 J 3/06, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

У 545038, кл. Н 02 J 3/06, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР . по заявке 9 3390090/24-07, кл. Н 02 J 3/06, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ОПТИМАЛЬНОГО.

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНЫХ МОЩНОСТЕЙ В

ЭНЕРГОСИСТЕМЕ, содержащее блок телеиэмерений генерирующий мощности, блок задатчиков уставок, связанные с управлякицнм блоком, содержащим делитель векторов, три умножителя матриц, три сумматора векторов, два сумматора, делитель, вычитатель, умножитель векторов и исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения экономичности, устройство дополнительно содержит блок телеизмерений нагрузки, блок задатчиков уставок включает в себя эадатчик коэффициентов потерь геиерирукщих узлов, эадатчик коэффициентов потерь нагрузочных узлов, задатчик относительных приростов затрат и задатчик постоянных приростов потерь, а управлякиций блок выполнен иэ последовательно соединенных делителя векторов, дополнительно введенного инвертора матриц, первого умкожителя матриц, первого сумматора векторов, первого сумматора, вычитателя, делителя, умножителя векторов, и второго сумматора векторов, выход и второй вход которого подключены соответственно к входу исполнительного элемента и второму выходу первого сумматора векторов, второй вход которого подключен к первому выходу блока телеиэмерений генерирующей мощности, первьй и второй выходы блока телеизмерений нагрузки подключены к входу второго сумматора и к первому входу второго умножителя матриц, а второй выход блока телеизмерений генерирукщей мощности подключен к первому входу третьего умножнтеля матриц, выход и второй вход которого подключены соответственно к первому входу третьего сумматора векторов и к первому выходу задатчика коэффициентов потерь геке. рирующих узлов, а выходы эадатчиков относительных приростов затрат, коэффициентов потерь нагрузочных узлов,постоянных приростов потерь и второй и третий выходы эадатчика коэффициентов потерь генерирующих узлов подключены соответственно к входу делителя векторов, вторым входам второго умножителя .матриц и третьего сумматора векторов, к первому входу четвертого дополнительно введенного умножителя матриц и к второму входу инвертора матриц, последовательно соединенного с четвертым умножителем матриц, третьим дополнительно введенным сумматором и делителем, при этом второй вход умножителя векторов подключен к второму выходу четвертого умножителя матриц, вйход второго сумматора

1150700 подключен к второму входу вычитателя, а второй вход первого умножителя матриц подключен к выходу третье- го сумматора векторов, третий вход, которого подключен к выходу второго умножителя матриц.

Изобретение относится к злектро.ехнике, в частности, к оперативной коррекции по активной мощности и к суточному планированию режима по активной мощности, которые предназначе. 5 ны для обеспечения надежного и экономичного функционирования энергосистем.

Известны устройства автоматического управления активной мощностью, 1О применяемые в энергосистемах и предназначенные для нахождения и реализации в энергосистеме таких активных генерирукицих мощностей, которые бы поддерживали заданную частоту )1) и (2) .

Однако несмотря на надежность данные устройства не экономичны.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является уст- 20 ройство, реализующее способ опти-. мального распределения активных мощностей в энергосистеме, содержащее блок телеизмерений генерирующей мощности, задатчик уставок и управляю- 2 щих блок, содержащий делитель векторов, три умножителя матриц, три сумматора векторов, два сумматора, делитель, вычитатель, умножитель векторов и исполнительный элемент )3j, Известное устройство позволяет находить такое распределение активных мощностей в энергосистеме, при котором в рассчитанном режиме минимизируется функция затрат. Однако при этом оно не обеспечивает достаточную экономичность, так как потери активной мощности могут быть велики ввиду того, что они не минимизируются.

40 цель изобретения — повышение эко. номичности.

Указанная цель достигается тем, что устройство оптимального распределения активных мощностей в энергосистеме, содержащее блок телеизмерений генерирукщей мощности, блок задатчиков уставок, связанные с управлякицим блоком, содержащим делитель векторов, три умножителя матриц,три сумматора ве горов, два сумматора, делитель, вычитатель, умножитель векторов и исполнительный элемент, дополнительно содержит блок телеизме рений нагрузки, блок задатчиков уставок включает в себя задатчик коэффициентов потерь генерирующих узлов, задатчик коэффициентов потерь нагрузочных узлов, задатчик относительных приростов затрат и задатчик постоянных приростов потерь, а управляющий блок в.лолнен из последовательно соединенных делителя векторов, дополнительно введенного инвертора матриц, первого умножителя матриц,первого сумматора векторов, первого сумматора, вычитателя, делителя, умножителя векторов и второго сумматора векторов, выход и второй вход которого подключены соответственно к входу исполнительного элемента и второму выходу первого сумматора векторов, второй вход которого подключен к первому выходу блока телеизмерений генерирующей мощности,первый и второй выходы блока телеизмерений нагрузки подключены к входу второго сумматора и к первому входу второго умножителя матриц, а второй выход блока телеизмерений генерирукицей мощности подключен к первому входу третьего умножителя матриц, выход и второй вход которого подключены соответственно к первому входу третьего сумматора векторов и к первому выходу задатчика коэффициентов потерь генерирующих узлов, а вы-. ходы задатчиков относительных приростов затрат, коэффициентов потерь

1150700 а величины Р; имеют вид

P. ==Р +6Р;, (4) а где 6P; — приращения Р„.

Задача нахождения минимума функции (1) при условии (2) в силу (4) сводится к нахождению экстремума по переменным %, Р,,...,aP}} функции

Лагранжа

E „

1-б! где и ;=-Ка; р. л л л

40 а а, 1 — элементы матрицы а(а;" ), которая является обратной к матрице

A (a;> ), состоящей иэ п столбцов, занумерованных индексом j, принимающим значения 1, ...,n слева направо и и строк, занумерованных индексом принимакщим значения 1, ..., n сверху вниз, такой, что нри д3,... °

D л

}}

;> Р EP +»

К =! нагрузочных узлов, постоянных приростов потерь и второй и третий выходы задатчика коэффициентов потерь генерирующих узлов подключены соответственно к входу делителя векторов, вторым входам второго умножителя матриц и третьего сумматора векторов, к первому входу четвертого дополнительно введенного умножителя матриц и к второму входу инвертора матриц, последовательно соединенного с четвертым умножителем матриц, третьим дополнительно введенным сумматором и делителем, при этом второй вход умножителя векторов под- 15 ключен к второму выходу четвертого умножителя матриц, выход второго сумматора подключен к второму входу вычитателя, а второй вход первого умножителя матриц подключен к выходу третьего сумматора векторов, третий вход которого подключен к выходу второго умножителя матриц.

Предлагаемое устройство оптимального распределения активных мощнос-. тей в энергосистеме находит такое распределение активных мощностей в узлах, при котором соблюдается баланс и минимиэируются затраты и потери активной мощности. Устройство выполняет небольшое количество арифметических и логических операций, что позволяет использовать его для автоматического регулирования и оперативной коррекции режима энергосистемы по активной мощности. 35

Допустим, требуется найти такие активные генерирующие мощности в узлах Р1 (i=1,n) чтобы функция затрат

}а

T(P1,...,Є) = X Т (Р; ) (1)

}с} достигала минимума при выполнении ура вне ния баланс а

}} <,1 п а((л; ° аЛ;)- К, >а„-О) а что в свою очередь в силу (3). сводит- ся к выполнению. равенства относительных приростов с учетом потерь в сети (i=1,...,n) .

Решение уравнения (5) не однозначно определяется значением ЬР1 и имеет вид

/ 1};=ж;1 ; ьР; (i.=2,...,n), (6) где т (Р, )=Я;Р; — затраты в -ом Уэ ле, Я = » (Р, ...,p ) - потери активыой мощности в. сети.

Относительные приросты потерь

0 = "!g, представляются через Р и Р„„с йомощью равенств

И }" } +in ="4

Подставляя теперь равенства (6) (2) и уа итывая» что суммарная иа» и грузка Е Р 1„в результате телеизме-, 55»= рений ойределяется вместе с потерями, для величины йР1 находим следу}ицее выражение

1150700

1 A л

1+, 4, 1=2

Таким образом соотношения (6)-(9), будучи подставлены в (4) и дают требуемые значения Р; .

Вся эта процедура и реализована в, 16 устройстве оптимального распределения активных мощностей в энергосистеме.

На чертеже представлена блок-схе:..:,а устройства.

Устройство содержит делитель 1 екторов, ннвертор 2 матриц, третий умножитель 3 матриц, второй умножитель 4 матриц, третий сумматор 5 век

;"оров, первый умножитель 6 матриц, четвертый умножитель 7 матриц, первый сумматор 8 векторов, первый сумматор 9, второй сумматор 10, третий сумматор 11, вычитатель 12, делитель

13, умножитель 14 векторов, второй сумматор 15 векторов, исполнительный элемент 16, управляющий блок 17, блок 18-1 телеизмереннй генерирующей мощности, блок 18-2 телеизмерений нагрузки, блок 19 задатчиков уставок, включающий эадатчик 19««1 коэффициентов потерь генерирующих узлов, эадатчик 19-2 коэффициентов потерь нагрузочных узлов, задатчнк 19-3 относительных приростов затрат и задатчик

19-4 постоянных приростов потерь. Зз

Устройство работает совместно с энергосистемой 20.

В указанном устройстве управляю" щий блок 17 выполнен as последовательно соединенных делителя 1 векто- 4О ром,(инвертора 2 матриц, первого умножителя б матриц, первого сумматора 8 векторов, первого сумматора 9, вычислителя 12, делителя 13, умножи" теля 14 векторов и второго суммато- 45 ра 15 векторов, выход и второй вход которого подключены соответственно к входу исполнительного элемента 16 и второму выходу первого сумматора 8 векторов, второй вход которого под- S0 ключен к первому выходу блока 18-1 телеизмерений генерирующий мощности, . вход которого подключен к первому выходу энергосистемы 20, второй выход которой подключен к входу блока 55

18-2 телеизмереиий нагрузки, первый и второй выходы которого подключены к входу второго сумматора 10 и к нер. .Ф вому входу второго умножителя 4 матриць|, а второй выход блока телеизмерений генерирующей мощности подключен к первому входу третьего умножителя 3 матриц, выход и второй вход которого подключены соответственно к первому входу третьего сумматора 5 векторов и к первому выходу задатчика 19-1 коэффициентов потерь генерируинцих узлов, а выходы задатчиков относительных приростов затрат 19-3, коэффициентов потерь нагрузочных узлов 19-2, постоянных приростов потерь 19-4 и второй и третий выходы задатчика 19-1 коэффициентов потерь генерирующих узлов подключены соответственно к входу делителя 1 векторов,к. вторым входам второго умножителя 4 матриц и третьего сумматора

-5 векторов, к первому входу четвертого умножителя 7 матриц и к второму входу инвертора 2 матриц, после-!

,довательно соединенного с четвертьм

1 умножителем 7 матриц, третьим сумматором 11 и делителем 13. При этом второй вход умножителя 14 векторов подключен к второму выходу четвертого умножителя 7 матриц, выход второго сумматора 10 подключен к второму входу вычитателя 12, а второй вход перво.:о умножителя 6 матриц подключен к выходу третьего сумматора 5 векторов,третий вход которого подключен к выходу второго умножителя матрицЧ.

Рассмотрим работу устройства для изолированной энергосистемы, состоял щеи as и+и узлов, среди которых и узлов — генерируиицие, а и — нагрузки. л

От энергосистемы 20 в блок 18-1 телеизмерений генерирующей мощности поступают вектор текущих значений генерирующих мощностей

Р(t1 (Рй) Р(61 ) ф ° ° ° ф ) ф а в блок 18-2 телеизмерений нагрузки - вектор нагрузок (и ° yP n ) > где Р, Р„„(i=1, п; k=1,...,n)— соответственно текущая активная генерируищая мощность i-го генерирующего узла и нагрузка k-го нагрузочного узла.

В задатчике 19-1 коэффициентов потерь генерируиицих узлов хранится матрица А=(3; ) коэффициентов потерь активной мощйости от генерирующих узлов (i,j1,...,n).

1150700

В задатчике 19-2 коэффициентов потерь нагрузочных узлов хранится матрица А 1=(3;„ ) коэффициентов по(й) терь активной мощности от нагрузочных узлов (i1«...«n; k 1 n).

В задатчике 19-3 относительных приростов затрат хранится вектор

E -« «(Å,, " „Д « где Е; — относительный прирост затрат в i-м генерирующем узле (i1 и).

В задатчике 19-4 постоянных приростов потерь хранится вектор 8

=(3„,...,>3„,)постоянных приростов потерь активной мощности.

Из блока 18-1 телеизмереннй генерирующей мощности вектор Р поступает-в третий умножитель 3 матриц и в первый сумматор 8 векторов,нз: блока 18-..2 телеизмерений нагрузки вектор Р„ поступает во второй умножитель 4 матриц и во второй сумматор 10, из эадатчика 19-1 коэффици ентов потерь генерирукицих узлов матрица А поступает в инвертор матриц 2 и в четвертый умножнтель 7 матриц, иэ задатчнка 19-2 коэффициентов потерь нагрузочных узлов матрица А поступает so второй умножитель 4 матриц, из задатчнка 19-3 относительных приростов затрат вектор Е поступает в делитель 1 векторов, а из задатчика 19-4 постоянных приростов потерь вектор 3 поступает в третий сумматор векторов 5.

B делителе 1 векторов производится деление вектора C на и-мерный вектор, все координаты которого принимают значение — с» . В результате получаем вектор ж (a»,...,

В инверторе 2 матриц производится обращение матрицы- В=(Ь ) (i""1, ...,и; j=1« п), у которой Ь;, act (i 1,...,n) Ь;„=,3;„(i1«...,n;

k 2« ° ° ° «п)i

В результате получается матрица

-v

А(а, )В, которая затем поступает в первый умножитель 6 матриц и в четвертый умножнтель 7 матриц.

В третьем умножителе 3 матриц . производится умножение матрицы А на вектор Р . В результате получается вектор Ь» = ((0„,..., @ „=gy с коорднна1 1 1 4) и тами,,- g, р »1 (it«.. ° «и), кото 1

1Î

1S

26

3S

40 рый затем поступает в третий сумматор 5 векторов.

Во втором умножителе 4 матриц производится умножение матрицы A( на вектор Р«. В результате получается вектор P (Pt» f0 ) А Р е с координатами p; - Е. ;„ „ (1, ...,n), который затем поступает в третий сумматор 5 векторов.

В третьем сумматоре 5 векторов производится сложение векторов

P =(P „..., P,), р"={р „,..., p „),å-(-1, ...,-1), 3(3,, „,, 3„ ), где Е -имерный вектор, все координаты которого принимают значение -1. В резуль. тате получается вектор 0={ ф„„, ря)

=P»It»» е+8 с координатамн

P, =P, » ";- 4ю(1 *1«...,и), который затем поступает в первый умножитель

6 матриц.

В первом умножителе 6 матриц про.I „ :изводится умножение матрицы А* 4а; )

:на вектор Ь=ф»«„., p„) с координатами

« ф» =- »» (Ж,...,п). В результате получается вектор Я » =(яс1,,„,, "„)=д у"

+ б с координатами „ ж-, K. а; и» (i ), 1=

°,п), который затеи поступает в первый сумматор 8 векторов.

В четвертом умножителе 7 матриц производится умножение матрицы А (а ) íà некто 3 :(6,"„„., S,, ) с координатами 6 -6;, (iy1,...,n). л

В результате получается вектор эб (®g Жр АЬ с коордннатамн в

Я,, -Q a; S „,, i1,...,n), который за1а»» тем поступает в третий . сумматор 11 и в умножитель 14 векторов.

В первом сумматоре 8 векторов производится сложение векторов P

М (t)

««я (1 где М, — вектор с координатами З, 0, Ж; - Ж, (1 2,... «n). В результате получается вектор Р(Р», ° ° °,Р ) с координатами Р;Р; + Ж; (i 1,...,n), который затем поступает в первый сумматор 9 н во второй сумматор 15 векторов.

В первом сумматоре Я производится сложение чисел Р» «...,Р« являющихся координатами вектора Р=(Р„,...«p»;).

В результате получается чйсло 8

l 150700

< П Л

8 =; Pk, которое затем поступает в к» вычитатель 12.

Во втором сумматоре 10 произво5 дится сложение чисел Рн„ в...,Рн„", являкицихся координатами вектора P =

11

=(Р,,...,Р„л ). В результате полую П ь ц чается число 1 9 =K. p< которое зак»i тем поступает в вычитатель 12.

В третьем сумматоре 11 производится сложение чисел 1, 4,1, М„ .

В. результате получается число

15 и ч 1 = 1+ . М;, которое затем поступает

il е»2 в делитель 13.

В вычитателе 12 производится вы- 2Î

1 П читание числа 9 из числа 6 . В ре н зультате получается число Q » 8 — 6 которое затем поступает в делитель 13, В делителе 13 производится деление числа 6 на число . В результа- 25 те получается число = 0/у, которое затем поступает в умножитель 14 векторов, где производится умножение вектора е"=(1,96 „„, Я„), все координаты которого, кроме первой, совпадают с соответствующими координатами вектора qe =(,,„., у„), íà и-мерный вектор, все координаты которого принимают значение . В результате получается вектор Ж,» (4с, ", Жп) с координатами М, ; Ж„= ъ".„ (k=2,...,n), который затем поступает во второй сумматор 15 векторов.

Во втором сумматоре 15 векторов производится сложение векторов P

М г (Р1 Р„,) М (М Мп). В ре зультате получается вектор Р=(Р,, ° ° ° .Pn) с координатами Р =P; + 3;131(1.=

1,...,n) который затем пос тупает на исполнительный элемент 16, Исполнительный элемент 16 осуществляет в узлах энергосистемы такой набор мощности, что при i=l,--., u значение активной генерирующей мощности в i -M узле будет равно Р» .

Таким образом, предлагаемое устройство оптимального распределения активных мощностей быстро н точно решает основные задачи оптимизации режима энергосистемы по активной мощности, минимизируя затраты и поте ри активной мощности при строгом соблюдении баланса в энергосистеме.

Составитель К.Фотина

Редактор К.Волощук Техред А,Бабинец Корректор О.Тигор

Закаэ 2156/41 Тиран 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам.иэобретений и открытий

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

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