Устройство для автоматического регулирования частоты и перетоков мощности энергообъединения

 

Изобретение относится к области электроэнергетики и является дополнительным к изобретению по а.с. № 1070641 . Цель изобретения - повьппение эффективности автоматического управления путем увеличения скорости выработки управляющих воздействий при выходе за допустимые пределы контролируемых перетоков мощности. Эта цель достигается введением в устройство блока 33 сравнения и двух логических элементов ИЛИ 16 и 29. При выходе перетока мощности за заданные пределы управляющие воздействия поступают на регулирующие станции независимо от счетчика 28. 2 ил. (Л оо о ю СлЭ 4 Фиг.1 14)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Н 02 3 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ, (61) 1070641 (21) 3982165/24-07 (22) 29. 11.85 (46) 07.04.87. Бюл. 9 13 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С.А. Мольков и Л.В. Молькова (53) 621.316.728 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1070641, кл. Н 02 J 3/06, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ И ПЕРЕТОКОВ МОЩНОСТИ ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЯ

„„SU„„1302374 A 2 (57) Изобретение относится к области электроэнергетики и является допол нительным к изобретению по а.с.

1070641. Цель изобретения — повышение эффективности автоматического управления путем увеличения скорости выработки управляющих воздействий при выходе за допустимые пределы контролируемых перетоков мощности. Эта цель достигается введением в устройство блока 33 сравнения и двух логических элементов ИЛИ 16 и 29. При выходе перетока мощности за заданные пределы управляющие воздействия поступают на регулирующие станции независимо от счетчика 28. 2 ил.

30

45

1 13

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к регулированию частоты и обменной мощности, и может использоваться в энергосистемах и энергообъединениях и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. N - 1070641.

Цель изобретения — повышение эффективности автоматического управления путем увеличения скорости выра- ботки управляющих воздействий при выходе за допустимые пределы контролируемых перетоков мощности.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — функциональная схема блока задания управления.

Устройство содержит (фиг.1) блок 1 измерений, включающий измерители 2 перетоков .мощности, представляющие собой приемные полукомплекты устройств телемеханики, измерители 3 частоты, представляющие собой частотомер, измерители 4 мощности управляющего воздействия, представляющие собой приемные полукомплекты устройств телемеханики. Выход блока 1 соединен с блоком 5 выделения случайной составляющей, выход которого подключен к входу блока 6 определения коэффициентов статизма, который в свою очередь соединен с входом умножителя 7. К выходу блока 5 выделения случайной составляющей также подключены.последовательно соединенные блок 8 определения коэффициентов влияния, первый блок 9 умножителей, первый блок 10 сумматоров, блок 11 вычитающих устройств, блок 12 квадраторов,второй блок 13 умножителей, первый сумматор

14, первый блок 15 сравнения, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 16, выход которого подключен к элементу И 17, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 18, выход которого в свою очередь подключен к входу первого блока 19 регистров. На второй вход умножителя 7 включены последовательно соединенные второй сумматор 20,блок

21 задания управления и тактовый генератор 22. Выход блока 21 з, дания управления включен, кроме того, на второй вход первого блока 9 умножителей и на вход последовательно соединенных второго блока 23 сумматоров и второго блока 24 сравнения,на второй вход которого подключен задатчик

25 пределов. На второй вход блока 11

02374 2 вычитающих устройств присоединен блок

26 задания уставок, а на второй вход второго блока 1 3 умножителей включен выход третьего блока 27 регистров памяти. Выход тактового генератора 22 подключен также к счетчику 28 импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 29, выход элемента И 17 поДключен к управляющему входу ключа 30, выход которого соединен с входом второго блока 31 регистров, выход которого подключен к управляемому входу второго ключа 32, управляющий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 29. Кроме того, выход элемента И 17 подключен к управляющему входу блока 21 задания управления. Выход измерителя 4 управляющего воздействия соединен со вторым входом второго блока 23 сумматоров ° Выходы измерителей 2 и 3 перетоков мощности и частоты соединены также с вторыми входами первог блока

10 сумматоров, третий вход которого соединен с выходом умножителя 7. Выход блока 21 задания управления соединен также с вторым входом блока 12 квадраторов и с управляемым входом третьего ключа 30. Выход первого сумматора 14 подключен к управляемому входу первого ключа 18, а выход первого блока 19 регистров — к второму входу первого блока 15 сравнения. На третий вход второго блока 24 сравнения 24 подключен выход первого блока

10 сумматоров. Кроме того, на вторые входы элементов ИЛИ 29 и 16 соответственно подключен выход третьего блока 33 сравнения, первый вход которо40 го подключен к измерителю 2 перето-ков мощности, а второй вход которого подключен к выходу задатчика 25 пределов, а на второй вход элемента И 17 подключен выход второго блока 24 сравнения. Выход ключа 32 является выходом устройства в целом.

Блок 21 задания управления исполь4 зует методы случайного поиска экстремума и содержит (фиг.2) последовательно соединенные пятый ключ 34,генератор 35 случайных чисел, четвертый ключ 36, третий блок 37 сумматоров и блок 38 ограничителей. Выход генератора 35 случайных чисел подключен к входу регистра 39 сдвига, выход которого через шестой ключ 40 ! соединен с вторым входом третьего блока 37 сумматоров. Выход блока 38 ограничителей через седьмой ключ 41

13О23

35 динения, — переток мощности между 3-м

JK и k-м узлами;

M„k-ro узла;

К, — коэффициент крутизны стати- 50 ческой частотной характеристики энергообъединения, V . .— коэффициент влияния 1-го

Е>К узла на переток между j-м и k-м узлом; 55

F Р. M m — предельные зна1 !К I К! чения частоты, перетоков активной мощности мощностей генерирующих узподключен к входу четвертого блока 42 регистров, который в свою очередь соединен с третьим входом третьего блока 37 сумматоров. Управляющий вход блока 21 задания управления через пер5 вый 43 и второй 44 инверторы соединен с управляющими входами пятого 34 и четвертого 36 ключей соответственно, а также непосредственно с управляющими входами шестого 40 и седьмо- 10 го 41 ключей. Выходом блока 21 задания управления служит выход блока 38 ограничителей. Выход тактового генератора 22 подключен на вход пятого ключа 34, а управляющим входом всего 15 блока 21 задания управления в целом является выход элемента И 17.

Блок 24 сравнения содержит М+Ь+1! вычитающих устройств, такое же количество пороговых блоков и элемент И. 20

Блок 15 сравнения содержит одно вычитающее устройство и один пороговый блок.

Блок 33 сравнения содержит L вычитающих устройств, такое же коли- 25 чество пороговых блоков и элемент

И-НЕ, где M — число узлов, привлекаемых к регулированию, L — число контролируемых перетоков.

Устройство позволяет получить оп- 30 тимальные значения управляющих воздействий на регулирующие станции при соблюдении строгих ограничений на регулируемые режимные параметры и управляющие воздействия.

Предлагаемое устройство является также адаптивным вследствие того,что блоки определения коэффициентов статизма 6 и коэффициентов влияния позволяют устройству перестраиваться при 40 изменении режима работы энергообъединения. Эти коэффициенты оцениваются в темпе процесса регулирования.

Приняты следующие обозначения:

f — значение частоты энергообъе- 45

74 4 лов и управляющих воздействий соответственно;

f, P. — плановые значения для

4К частоты и перетоков мощности р, m — управляющее воздействие на

k-й узел, 8 — изменение приращения кm „; в k-м узле в i-м расчетном варианте

am „ . — i-й расчетный вариант приращения управления в k-м узле;

f,. — i-й расчетный вариант частоты f

Р,.к; — i-й расчетный вариант перетока P

M„; — i-й расчетный вариант генерируемой мощности k-го узла, af. — i-й расчетный вариант приI ращения частоты f.. ! ь р — i-й расчетный вариант

JK II приращения перетока P„„,-;

L — число контролируемых перетоков, M — число узлов, привлекаемых к регулированию.

Указанные параметры связаны из- вестными зависимостями:.=P. +ьР.. ,>К,! К,К,! (2) f+ай. (3) m „,. к к (4) =+V . кm, (5)

Р

Показатель качества регулирования, который необходимо минимизировать, имеет вид ьр, .!К, !

I. = В (f — f ) + à (p. ! I,!к .!, К

Р.. ) + y m

JK ) l K3I к (6) где В, а,, — известные весовые ! к коэффициенты..

Первый и второй члены (6) отражают требование минимизации отклонения регулируемых параметров (частоты и перетока) от плановых значений, а третий — требование минимизации скорости изменения генерирующих мощностей.

Одновременно с минимизацией показателя качества (6) при регулировании должны выдерживаться ограничения вида

1 02З (7) (8) P (Р .<Р

Jl< ЗК,1 К

5 (9) m < m„;са m (10)

I где один штрих означает нижнее, а 10 два штриха — верхнее предельное значение режимного параметра.

Кроме того, в процессе регулирования контролируется выполнение ограничений вида

zp

Щ JK JK при невыполнении которого вследствие внешних возмущений прекращается мини20 мизация показателя качества (6) и работа устройства направляется на воз- можно более быстрое восстановление соотношений (7)-(10).

Метод регулирования заключается в следующем.

На данном шаге регулирования измеряются частота f и перетоки г после чего в зависимости от значений этих параметров выбираются прираще30 ния управляющего воздействия 6mK.Ýòè воздействия подаются на управляющие входы генерирующих узлов энергосистемы, в результате чего мощности управляющих воздействий m генерирую- З5 щих узлов и регулируемые параметры f и Р. изменяются и принимают значеJK ния, определяемые по формулам (1) (5). Эти значения и управляющие воздействия удовлетворяют ограничениям

40 (7) — (10) и минимизируют показатель качества (6), что обеспечивается определенным выбором приращений управляющих воздействий лтпк. Однако одновременно с реализацией управляющих

45 воздействий в некоторых узлах энергосистемы изменяется нагрузка, что приводит к отклонению величин f и р. от

1к плановых значений, а в некоторых случаях и к нарушению условия (11). В связи с этим на следующем шаге pervлирования вновь измеряется частота f u перетоки мощности и т.д. к

Метод выбора приращений управляющих воздействий при выполнении ограничения (11).

Строго эти величины могут быть найдены при решении задачи квадратично74 6 го программирования (1) — (10) .Однако существующие методы решения этой задачи совершенно не удовлетворяют реальным требованиям по быстродействию регулирования. Поэтому устройством реализуется метод случайного поиска приращений, управляющее воздействие на каждом цикле управления определяется в эавйсимости от (i-1)-ro расчетного управляющего воздействия по формуле

m . =m +ып

К,1 К К,1

ып„; = a,m„;, +8 m„; (12) где о m„; — случайное число, вырабаI тываемое датчиком случайных чисел, причем ьт„= О.

Найденные таким образом величины

gm„, корректируются затем в соотI ветствии с огранччением (10) и используются для получения величин

Р„„,; й;, М „;, I в соответствии с (i) — (6). После этого проверяется выполнение ограничений (7) — (9).Если они не выполняются, то формула (12) применяется повторно (с теми же значениями àm„. но с другими зна1 чениями Sm ). Если ограничения

К,1 выполняются, то производится сравнение I1, и I1 . При I. > I. формула (12) применяется повторйо. Если

I - -< I-,, то вычисляются управляющие воздействия

em;„= ьтк; +S m„;

К!1 К 11

1 где случайное число о; принимается равным предыдущему значению.

Процесс уточнения величин im„; по ! формуле (12) продолжается до тех пор., пока не исчерпается лимит времени, отведенного на рассчет управляющих воздействий.

Метод выбора .приращений управляющих воздействий при нарушении ограничения (11).

По формуле (12) определяется i-e рассчетное управляющее воздействие.

Найденные величины am „; корректи-! руются в соответствии с ограничением (10) и используются при получении величин Р„„;, f ., M „„, I в соответствии с (1) — (6). После этого проверяется выполнение ограничений (7) — (9). Если они не выполняются, то формула (12) применяется повторно с другими значениями о m „; . Если or-!

1302 раничения выполняются, рассчитанные управляющие воздействия выдаются на регулируп.,щие станции, чем заканчивается данный шаг регулирования.

Устройство функционирует следую5 щим образом.

Значения всех ограничений хранятся в задатчике 25 пределов.

Величины плановых значений регулируемых параметров находятся в блоке 10

26 задания уставок, а весовые коэффициенты — в третьем блоке 27 регистров памяти.

В блоке 1 измерений осуществляется измерение регулируемых перетоков 15 мощности (блок 2), частоты (блок 3), а также мощностей регулирующих станций (блок 4). В блоке 5 выделения слу— чайной составляющей от измеренных режимных параметров отделяется случай- 20 ная (быстрая) компонента. Такое разделение значений режимных параметров на случайную и регулярную компоненты осуществляется линейными цифровыми или аналоговыми фильтрами. 25

Случайная компонента режимных параметров используется в блоке 6 определения коэффициентов статизма и в блоке 8 оценки коэффициентов влияния для текущей оценки этих параметров энергосистем.

Тактовый генератор 22 через интервалы времени.аi осуществляет запуск блока 21 задания управления. В этом блоке на данном цикле управления формируется 1-й возможный вариант при-ращения управляющего воздействия а m на каждую из M регулирующих станций (1с=!,...,М).

Во втором сумматоре 20 значения

4m суммируются для получения полк, ного значения приращения управляющего воздействия по всему энергообъединению на 1-й итерации, т.е. величины

+am „.

В умножителе 7 полученная величина Е атп „; умножается на значение

50 коэффициента крутизны статической частотной характеристики всего энергообъединения К . Таким образом, определяется ожидаемое приращение 4 f; частоты.энергообъединения в соответствии с (4) °

Значения агп„; поступают на второй вход первого блока 9 умножителей.

На первый вход этого блока с выхода

374 8 блока 8 поступают оценки коэффициентов влияния V неб. панса 1-го узла

tip на переток между i — м и k-м узлами.

На выходе блока 9 формируются, таким образом, возможные отклонения всех рассматриваемых перетоков мощности при воздействии на них приращений управляющего воздействия ат„; . Для получения всех возможных отклонений регулируемых перетоков мощности первый блок 9 умножителей содержит L M отдельных умножителей. Общее приращение перетока активной мощности между 1 -м и j-м узлом определяется на

i-й итерации согласно выражению (5) в первом блоке 10 сумматоров. В этом же блоке полученные возможные приращения частоты и перетоков мощности суммируются с измеренными в блоке 1 измерений соответствующими значениями частоты и перетоков мощности. Таким образом, на выходе первого блока 10 сумматоров образуются ожидаемые в результате воздействия управления m „;

"Ф значения регулируемых параметров энергосистемы в соответствии с (1) и (2).

В блоке 11 вычитающих устройств эти значения вычитаются из значений плановых уставок f и P„., которые поступают из блока 26 задания уставок на второй вход блока 11. Полученные разности, а также значения приращений управляющего воздействия ьт к, возводятся в квадрат в блоке 12 квадраторов. Значения ат ; поступают на второй вход блока 12 с выхода блока

21 задания управления. Таким образом, на выходе блока 12 формируются ожидаемые квадраты невязок регулируемых режимных параметров и приращений управляющих воздействий.

Значения ожидаемых квадратов невязок поступают на вход второго блока

13 умножителей, в котором взвешиваются в соответствии с задаваемыми в третьем блоке 27 регистров памяти значениями коэффициентов а, В, ф пк к

Взвешенные квадраты невязок регулируемых параметров и управлений суммируются в первом сумматоре 14, на выходе которого формируется значение величины I; согласно (6) °

В первом блске 15 сравнения величина I; сравнивается со значением

I„ (k < i), которое хранится в первом блоке 19 регистров памяти. В том случае, когда I - I„., первый блок 15 сравнения вьщает единичный сигнал на

1302 чаях: при выполнении ограничения (11) для этого необходимо выполнение условия 1; < Тк и выполнение ограничений (7) — (10) на рассчетные регулируемые параметры и рассчетные значения управляющих воздействий, при невыполнении ограничения (11) для это30

ro достаточно только выполнения огра- 35 ничений(7) — (10) на рассчетные регулируемые параметры и рассчетные значения управляющих воздействий. Только в этих двух случаях ключ 18 открывается и в блок 19 регистров записывается значение I;. первый вход первого элемента ИЛИ 16.На второй вход первого элемента 16 подключен выход третьего блока 33 сравнения, который проверяет выполнение ограничения (11) и, в случае выхода измеренного значения хотя бы одного регулируемого перетока за предельные значения, формирует на выходе единичный сигнал. Выход первого элемента

ИЛИ 16 подключен к первому входу эле- 10 мента И 17. На второй вход элемента

И 17 поступает выходной сигнал второго блока 24 сравнения, в котороможидаемые значения регулируемых параметров и значение управляющего воздейст- 15 вия m„; сравниваются с предельнодопустимыми значениями.

Значение управляющего воздействия

m» формируется на выходе второго блока 23 сумматоров, а ожидаемые зна-20 чения регулируемых параметров поступают на второй вход второго блока 24 сравнения с выхода первого блока 10 сумматоров.

Таким образом, на выходе элемен-, 25 та И 17 формируется разрешающий сигнал для первого ключа 18 в двух слу374 10 счетчиком 28 импульсов, который запускается от тактового генератора 22.

После переполнения счетчик 28 выдает импульс, который поступает на первый вход второго элемента ИЛИ 29 и вызывает появление единичного сигнала на выходе элемента ИЛИ 29,который открывает второй ключ 32, поступая на его управляющий вход и оптимальное приращение управляющего воздействия, которое хранится во втором блоке 31 регистров,.поступает на регулирующие станции.

При невыполнении ограничения (11) на втором входе второго элемента ИЛИ

29, соединенного с выходом третьего блока 33 сравнения, присутствует единичный сигнал, который формирует единичный сигнал на выходе второго элемента ИЛИ 29, который, поступая на управляющий вход ключа 32, обеспечивает его открытое состояние в течение всего времени невыполнения ограничения (11). Таким образом, в этом алучае как только блоком 21 задания управления будут сформированы приращения управляющих воздействий,обеспечивающие выполнение ограничений (7) — (10), на выходе элемента И 17 формируется единичный сигнал, открывающий третий ключ 30 и обеспечивающий поступление приращений управляющих воздействий через третий ключ 30, второй блок 31 регистров, второй ключ

32 на регулирующие станции, независимо от счетчика 28.. Блок 21 задания управления работает следующим образом (фиг.3).

Сигнал от тактового генератора 22 поступает на вход пятого ключа 34, который через первый инвертор 43 упПри выполнении ограничения (11) подобным образом устройство работает и на (i+1)-й итерации данного цикла управления. Общее число итераций для нахождения оптимального управляющего воздействия в этом случае задается

Выходной сигнал элемента И 17 является также разрешающим для третьего ключа 30, на управляемый вход ко- 45 торого с выхода блока 21 задания управления поступает значение возможного приращения управляющего воздействия д m . Это значение приращения упк, равляющего воздействия записывается 50 во второй блок 31 регистров только в двух указанных выше случаях. равляется от элемента И 17. В том случае, когда очередная итерация удачная, пятый ключ 34 закрыт, и генератор 25 случайных чисел не запускается. При этом на (i+1)-й итерации используется множество случайных чисел о1 (1 = 1,...,М), которые записаны в регистре 39 сдвига. Шестой ключ 40 открыт и сигнал с выхода регистра 39 сдвига попадает на второй вход третьего блока 37 сумматоров. Если очередная итерация неудачная, четвертый ключ 36 открыт и сигнал от тактового генератора 22 поступает на вход генератора 35 случайных чисел, который в свою очередь формирует множество случайных чисел о 1. Этот вектор чеФиа 2

Составитель К, Фотина

Редактор Г. Волкова Техред Л.Олейник Корректор М. Пожо

Заказ 1220/53

Тираж 619 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Проектная,4

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.

11 13023 рез четвертый ключ 37 поступает на первый вход третьего блока 37 сумматоров, поскольку ключ 36 открыт выходным сигналом элемента И 17, прошедшим через второй инвертор 44.Случайные числа записываЮтся также в регистр 39 сдвига, но посколько шестой ключ 40 закрыт, то они не проходят на второй вход третьего блока 37 сумматоров. 10

Выходной сигнал блока 38 ограничителей поступает на вход седьмого ключа 41 и записывается в четвертый блок 42 регистров при получении разрешающего сигнала от элемента И 17. 15

Таким образом, на (i+1)-й итерации в третьем блоке 37 сумматоров имеем управляющее воздействие m „,. +1.

Формула изобр етения 20

Устройство для автоматического регулирования частоты и перетоков мощ74 l2 ности энергообъединения по авт.св.

М 1070641, о тл и ч а юще е с я тем, что, с, целью повышения эффективности автоматического управления путем увеличения скорости выработки управляющих воздействий при выходе эа допустимые пределы контролируемых перетоков мощности, в него введены третий блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу измерителей перетоков мощности блока измерения, второй вход которого подключен к выходу задатчика пределов, и два элемента ИЛИ, первый из которых первым входом включен в последовательную цепь между выходом первого блока сравнения и элементом И, вторым входом — к выходу третьего блока сравнения,второй элемент ИЛИ первым входом включен в последовательную цепь между счетчиком импульсов и управляющим входом второго ключа, а вторым входом — к выходу третьего блока сравнения.