Адаптивный регулятор напряжения

 

Область использования: регулирование напряжения в электрических сетях, в частности на тяговых подстанциях электрических железных дорог. Сущность изобретения: за счет введения в регулятор напряжения блока определения текущего положения переключателя РПН, блока расчета эффективности регулирования и блока сравнения с выходами "да" и "нет" эффективности регулирования с заданным значением в устройстве происходит направленный перебор различных сочетаний выдержек времени и зоны нечувствительности путем поиска оптимальных параметров регулирования. Кроме того, за счет замены операции усреднения по множеству на операцию усреднения по времени при обработке информации по мере ее поступления экономится память оперативного запоминающего устройства микропроцессора. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения в электрических сетях, в частности, на тяговых подстанциях электрических железных дорог.

Известны устройства регулирования напряжения с использованием переключателя под нагрузкой трансформатора с так называемым устройством РПН трансформатора с автоматизацией их работы (АРПН). Мощным шагом по пути повышения эффективности функционирования АРПН явились разработки адаптивного регулятора напряжения. Известен также адаптивный регулятор напряжения трансформатора с дискретно переключающим устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), содержащий привод РПН, соединенный с блоком формирования сигнала управления, трансформатор напряжения с измерительным преобразователем, подключенный к тяговому трансформатору, этот регулятор принят за прототип.

Обработку измерительной информации, формирование управляющих воздействий по заданному алгоритму осуществляет микропроцессорное устройство, включающее блок контроля и управления напряжения, блоки расчета числа переключений РПН и дисперсии напряжения, блоки увеличения и уменьшения выдержки времени и зоны нечувствительности, блоки сравнения с выходами "да" и "нет" числа переключений РПН за сутки с заданным значением и зоны нечувствительности с заданными значениями (максимальным и минимальным).

Идея алгоритма регулирования в прототипе основана на постоянном формировании массивов напряжений, соответст- вующих определенным комбинациям различных выдержек времени и зон нечувствительности к выбору таких их сочетаний, при которых дисперсия напряжения минимальна, а число переключений АРПН не превышает допустимого значения. При этом программно чередуется число обучающих и рабочих циклов.

Недостаток рассматриваемого устройства заключается в сложности алгоритма регулирования в связи с необходимостью иметь большую память оперативного запоминающего устройства для обработки большого объема информации и периодического перевода работы микропроцессорного устройства из режима контроля и управления в режим расчета уставок, при котором контроль и управление напряжением не осуществляется.

Цель изобретения упрощение и повышение эффективности адаптивного регулятора напряжения.

Поставленная цель достигается введением блока определения текущего положения переключателя РПН, блока расчета эффективности регулирования, блока сравнения с выходами "да" и "нет" эффективности регулирования с заданным значением и соответствующим соединением блоков в устройстве.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого адаптивного регулятора напряжения; на фиг.2 схема определителя положения переключателя регулятора РПН.

Рассмотрим функциональное назначение всех элементов схемы (см. фиг.1).

Измерительный преобразователь (ИП) 1 преобразует действующее значение переменного напряжения 100 В вторичной обмотки трансформатора напряжения (ТН) 2 в постоянное напряжение 0-10 В.

Блок расчета оценки дисперсии напряжения (D) 3 выполняет расчет каждый раз по поступлению очередного значения напряжения по выражению D σ²[n] σ²[n-1] {σ²[n-1]-(x[n]+c[n])²} (1) где c[n] c[n-1] (c[n-1]-x[n]) σ [n] σ [n-1] среднеквадратическое значение напряжения за n и (n 1) отсчетов; x[n] текущая реализация измеряемого напряжения; n число отсчета текущих значений напряжения.

Блок расчета эффективности регулирования S 4 выполняет расчет эффективности регулирования по выражению S (2) где σ_р среднее квадратическое отклонение напряжения при его регулировании; σ среднее квадратическое отклонение напряжения без регулирования.

Трансформатор напряжения ТН 2 подключен к шинам 27,5 кВ тяговой подстанции, которые питаются от тягового трансформатора Т 5 с приводом ПР 6 переключателя под нагрузкой ответвлений обмотки (РПН).

Блоки D 3 и S 4 расположены в микропроцессорном устройстве МУ 7. Кроме того, в МУ содержатся блоки ОПР 8 определителя положения переключателя регулятора РПН, блок N 9 расчета числа переключений, блок N_c < N_q 10 сравнения суточного числа N_с переключений РПН с заданным N_q, блок S > Sq 11 сравнения рассчитанной эффективности регулирования S с заданной S_q, блоки (ТВ t) и (ТВ + t) соответственно уменьшения 12 и увеличения 13 выдержки времени.

Здесь ТВ исходная выдержка времени (2-5 мин), ступень изменения выдержки времени (1 мин). Блок Z_н < Z < Z_в (14 сравнивает текущее значение зоны нечувствительности с заданными минимальным Z_н и максимальным Z_в значениями, к его выходам "да" и "нет" подсоединены блоки (Z + + ΔZ) и (Z Δ Z) соответственно изменения зоны 15 и изменения знака приращения Z 16 зоны нечувствительности.

В блок контроля и управления БКУ 17 поступает информация о выбранной в результате поиска устройством МУ выдержке времени и зонах нечувствительности в следующих вариантах: (ТВ + t), Z ТВ, Z
(ТВ t), (Z Δ Z)
(ТВ t), (Z + Δ Z) Входные сигналы блока БКУ 17 усиливает блок формирования сигналов управления ФСУ 18.

На фиг.2 показано подсоединение блока ОПР к магнитоэлектрическому логометру Л привода ПР, где R₁, R₂, R₃ сопротивления логометра, а R_л сопротивление линии. Логометр питается напряжением 12 В. R_п1 и R_п2 сопротивления датчика перемещения. При изменении положения переключателя РПН изменяется положение контакта К и соответственно изменяется соотношение R_п1/R_п2 и, следовательно, U₁/U₂. Так как каждому отношению U₁/U₂ соответствует определенное положение переключателя РПН, то блок ОПР, рассчитывая отношение U₁/U₂, определяет положение переключателя.

Схема адаптивного регулятора работает следующим образом.

В зависимости от режима нагрузки в энергосистеме и тяговой подстанции, а также положения переключателя РПН тягового трансформатора Т 5 напряжение на шинах 27,5 кВ постоянно изменяется. Сигнал, пропорциональный напряжению на шинах 27,5 кВ, с помощью трансформатора напряжения ТН 2 и измерительного преобразователя ИП 1 поступает на вход блока контроля и управления напряжения БКУ 17, который получает информацию о значениях зоны нечувствительности и выдержке времени и выдает команду блоку ФСУ 6 на повышение или понижение напряжения. В исходном состоянии в блоке БКУ параметры регулирования ТВ и Z. Блок ФСУ формирует сигналы управления для привода ПР 6, который воздействует на переключатель РПН тягового трансформатора 5.

Блок 3 ведет расчет дисперсии напряжения, поступающего от ИП 1, т.е. дисперсии напряжения шин 27,5 кВ при его регулировании с помощью РПН. Одновременно, учитывая положение переключателя РПН с помощью блока ОПР 8, в блоке D ведется расчет напряжения, приведенного к исходному (неизменному) положению переключателя РПН, т.е. расчетным путем определяется напряжение при условии отсутствия регулирования и затем выполняется расчет дисперсии этого напряжения. Все расчеты МУ повторяет с заданной периодичностью (обычно 10-60 с).

Основная задача микропроцессорного устройства МУ 7 осуществить поиск оптимальных значений параметров регулирования (зоны нечувствительности Z и выдержки времени ТВ). Для этого соответствующим образом выполнено соединение блоков МУ (см. фиг.1), в результате на вход БКУ может подаваться увеличенная или уменьшенная выдержка времени и зона нечувствительности.

Поиск оптимальных параметров регулирования начинается с оценки числа переключений регулятора за расчетный период (сутки) в блоке N 9. При этом могут быть следующие ситуации:
если суточное число переключений регулятора N_с превышает допустимое значение N_д, что определяется в блоке N_c < N_д 10, то принимается решение об увеличении выдержки времени в блоке (ТВ + t), 13. В результате блок БКУ работает с параметрами регулирования (ТВ + t), Z, т.е. увеличивается только выдержка времени;
если же суточное число переключений регулятора N_с не превышает допустимого N_д, то далее ведется расчет эффективности регулирования в блоке S 4 и сравнения с заданным значением S_д в блоке S > S_д 11;
если эффективность регулирования удовлетворительная, т.е. условие S > S_д не выполняется, то параметры регулирования остаются без изменения, блок БКУ продолжает работать с параметрами ТВ и Z;
если же условие S > S_д выполняется, т.е. эффективность регулирования неудовлетворительная, то принимается решение об уменьшении выдержки времени в блоке (ТВ t) 12 и одновременном изменении зоны нечувствительности. Для этого в блоке Z_н < Z < Z_в? 14 сравнивается Z с заданными значениями Z_н и Z_в. Если условие выполняется, то изменяется зона нечувствительности в блоке Z + Δ Z на приращение Δ Z 15, в противном случае изменяется знак приращения зоны нечувствительности в блоке Δ Z Δ Z 16. Таким образом, блок БКУ 17 будет работать с параметрами (ТВ t), (Z + + Δ Z) или (ТВ t), (Z Δ Z), а также с ТВ, Z или с (ТВ + t), Z.

Блоки 14, 15 и 16 формируют "челночный ход" зоны Z: от Z_н к Z_в (при плюсовом Δ Z) и затем от Z_в к Z_н (при Δ Z Δ Z), далее снова от Z_н к Z_в и т.д. В результате просматриваются все значения зон Z в пределах Z_н-Z_в.

Таким образом, в процессе поиска оптимальных параметров регулирования происходит направленный перебор различных сочетаний выдержек времени и зоны нечувствительности (в пределах заданных значений), что упрощает реализацию оптимального регулирования напряжения; за счет перехода от полного перебора всех допустимых сочетаний выдержки времени и зоны нечувствительности (как в [7] ) к направленному перебору с контролем среднеквадратического отклонения напряжения; за счет того, что отпала необходимость в периодическом переводе микропроцессора из режима контроля и управления в режим расчета уставок регулирования, когда управление режимом не осуществляется. За счет замены операции усреднения по множеству операцией усреднения по времени при обработке информации по мере ее поступления, что экономит память оперативного запоминающего устройства микропроцессора.

Первоначальный выбор параметров регулирования производится непосредственно на тяговой подстанции.

Адаптивный регулятор работает на тяговой подстанции Мухтолово Горьковской железной дороги, где принималось, что
N_д 15, Z_н 1,3 кВ, Z_в 2 кВ,
Δ Z 0,05 кВ, t 1 мин, S_д 0,2 Начальные значения Z 1,65 кВ, ТВ 4 мин.

Эксплуатационные результаты: среднесуточное число переключений регулятора 7-10, эффективность регулирования S 0,7-0,79.

Технико-экономический эффект адаптивного регулятора состоит в том, что повышается надежность работы РПН трансформатора за счет снижения числа переключений, а также надежность и эффективность работы электроподвижного состава и системы электроснабжения в целом за счет уменьшения колебания напряжения.

Формула изобретения

АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий привод РПН с блоком формирования сигнала управления, трансформатор напряжения с измерительным преобразователем напряжения, микропроцессорное устройство, выключающее блок контроля и управления напряжения, блоки расчета числа переключений РПН и дисперсии напряжения, блоки увеличения и уменьшения выдержки времени, блоки изменения зоны и изменения знака приращения зоны нечувствительности регулирования напряжения, блоки сравнения с выходами "Да" и "Нет" числа переключений РПН за сутки с заданным значением и зоны нечувствительности с заданными значениями, отличающийся тем, что введены блоки определения текущего положения переключателя РПН, блок расчета эффективности регулирования и блок сравнения с выходами "Да" и "Нет" эффективности регулирования с заданным значением, причем вход блока определения текущего положения переключателя РПН подключен к приводу РПН, а первый и второй выходы его соединены соответственно с входом блока расчета числа переключений РПН и первым входом блока расчета дисперсии напряжения, первый и второй входы блока расчета эффективности регулирования подключены соответственно к выходу блока расчета дисперсии напряжения и выходу "Да" блока сравнения числа переключений РПН за сутки с заданным значением, а его выход подключен к входу блока сравнения эффективности регулирования с заданным значением, выход "Да" которого соединен с входом блока уменьшения выдержки времени, вход блока сравнения числа переключений РПН за сутки с допустимым значением подключен к выходу блока расчета числа переключений РПН, а выход "Нет" его подключен к блоку увеличения выдержки времени, вход блока сравнения зоны нечувствительности с заданными значениями подключен к выходу блока уменьшения выдержки времени, а его выходы "Да" и "Нет" подключены соответственно к первому входу блока изменения зоны нечувствительности и к входу блока изменения знака приращения зоны нечувствительности регулирования напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока изменения зоны нечувствительности, выход измерительного преобразователя соединен с входом блока расчета дисперсии напряжения и с первым входом блока контроля и управления, выход которого соединен с входом блока формирования сигнала управления, второй вход блока контроля и управления соединен с выходом блока увеличения выдержки времени, с выходом "Нет" блока сравнения эффективности регулирования с заданным значением и выходом блока изменения зоны нечувствительности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2