Способ согласования трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой на частотах ярко выраженных гармонических составляющих токов и напряжений

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при передаче электрической энергии потребителю с помощью неизолированной линии электропередачи трехпроводного исполнения. Достигаемый технический результат - повышение пропускной способности линии, уменьшение степени искажения кривых напряжения и тока. Согласование трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой на частотах различных гармоник достигается в результате сопоставления действительного и эталонного сопротивлений нагрузки, напряжений в конце линии или токов на частотах гармонических составляющих, поступающих в нагрузку, при этом реализация согласования на частоте одной гармоники приведет к изменению спектра гармонических составляющих токов и напряжений, а значит, согласование должно быть реализовано поэтапно, где поочередно будет происходить согласование на частоте каждой ярко выраженной гармонической составляющей токов и напряжений, при этом формируются управляющие сигналы для фильтров высших гармонических составляющих токов и напряжений различных модификаций и корректирующих органов. 5 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании, монтаже, наладке и эксплуатации линий электропередачи (ЛЭП) при передаче электрической энергии к потребителю.

Передача электрической энергии по протяженным ЛЭП, а также электрической энергии повышенной частоты по сравнительно непротяженным ЛЭП обеспечивается: по одно- и двухпроводным ЛЭП одной парой волн электромагнитного поля (падающей и отраженной); по трехпроводным - тремя парами; по четырехпроводной - четырьмя и т.д. [1]. В результате согласования ЛЭП с электрической нагрузкой пропускная способность линий электропередачи повышается вследствие исключения отраженной волны. Кроме того, уменьшается степень искажения кривых напряжения и тока, увеличивается надежность функционирования электрического оборудования, нормализуется работа релейной защиты, автоматики и связи, улучшается экологическая обстановка в районе эксплуатации ЛЭП.

Известно условие согласованного режима работы однопроводной ЛЭП [2] на основании которого работает устройство [патент RU 2390924], где реализован согласованный режим работы однопроводной протяженной ЛЭП. Однако согласование трехпроводной ЛЭП не может быть обеспечено одним лишь этим условием согласованного режима [2] из-за специфичности распространения напряжений и токов по трехпроводным ЛЭП [3].

Известны способы согласования линий связи с нагрузкой [4]. Однако применяемые здесь технические элементы, такие как дифференциальный усилитель, не предназначены для работы на высоком напряжении (1 кВ и выше), а это значит, что специфика реализации способов [4] достаточно своеобразна и неприменима в протяженных линиях электропередачи высокого напряжения.

Задача изобретения - формирование способа согласования трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой на частотах всех ярковыраженных гармонических составляющих токов и напряжений.

Технический результат заключается в обеспечении условий согласования трехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой на частотах всех ярковыраженных гармонических составляющих токов и напряжений, выполнение которых повлечет за собой уменьшение потерь электрической энергии, повышение пропускной способности линии, уменьшение степени искажения кривых напряжения и тока.

Технический результат достигается тем, что способ согласования трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой, заключающийся в том, что исходная информация о напряжениях и токах в линии через устройства сопряжения поступают в процессор, где проверяются условия согласования трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой для каждого провода линии в результате сравнения действительного и эталонного значений сопротивлений нагрузки, напряжений в конце линии или токов, поступающих в нагрузку, и формируются управляющие сигналы для корректирующих органов, в качестве которых могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов, автоматизированные технологические комплексы, тиристоры блоков выпрямления, фильтры высших гармонических составляющих токов и напряжений.

Сущность изобретения поясняется схемами: на (фиг.1) показан алгоритм обеспечения и поддержания согласования трехпроводной неизолированной ЛЭП с электрической нагрузкой на частоте одиннадцатой гармоники; на (фиг.2) для частоты тринадцатой гармоники; на (фиг.3) представлена схема алгоритма работы процессора для величин электрической энергии на частоте одиннадцатой и тринадцатой гармоник; на (фиг.4) показан алгоритм выполнения логической операции для величин электрической энергии на частоте одиннадцатой гармоники; на (фиг.5) показан алгоритм выполнения логической операции для величин электрической энергии на частоте тринадцатой гармоники.

На фигурах показаны:

1 - корректирующий орган, такой как РПН трансформатора (КО1);

2 - трансформатор, питающий ЛЭП напряжением 110 кВ или выше (Т1);

3 - устройства сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные вначале ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте одиннадцатой гармоники ;

4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

5 - процессор (П);

6 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

7 - показывающий или самопишущий прибор (РО);

8 - ЛЭП напряжением 110 кВ или выше (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

9 - блок фильтров высших гармонических составляющих на частоте одиннадцатой гармоники (Ф₁₁);

10 - понижающий трансформатор, напряжением 220 кВ/10 кВ (Т2);

11 - устройства сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в конце ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте одиннадцатой гармоники ;

12 (Т5), 13 (Т4), 14 (Т3) - понижающие трансформаторы, напряжением 10 кВ/0,85 кВ;

15 - корректирующий орган (КО2), такой как РПН понижающего трансформатора напряжением 220 кВ/10 кВ, 10 (Т2);

16 (VD3), 17 (VD2), 18 (VD1) - преобразователи, выполненные в виде выпрямительных установок для электролизного завода, фаза А;

19 - корректирующий орган (КО3), такой как РПН понижающего трансформатора напряжением 10 кВ/0,85 кВ, 12-14 (Т5, Т4, Т3);

20 - обобщенная электрическая нагрузка на частоте одиннадцатой гармоники ;

21 - корректирующий орган (КО4), такой как система электролиза алюминия ТРОЛЛЬ;

22 - обобщенное сопротивление нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники ;

23 - согласованное обобщенное сопротивление нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники ;

24 - устройства сопряжения , каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные вначале ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте тринадцатой гармоники;

25 - блок фильтров высших гармонических составляющих на частоте тринадцатой гармоники (Ф₁₃);

26 - устройства сопряжения , каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в конце ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте тринадцатой гармоники;

27 - обобщенная электрическая нагрузка на частоте тринадцатой гармоники ;

28 - обобщенное сопротивление нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

29 - согласованное обобщенное сопротивление нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

30 - амплитудные значения напряжения нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

31 - амплитудные значения тока нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

32 - амплитудные значения напряжения нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники ;

33 - амплитудные значения тока нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники

34 - специализированная программа для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в линии электропередачи трехпроводного исполнения на частоте одиннадцатой гармоники (LEP3 v.1.00(1));

35 - величина тока, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте одиннадцатой гармоники ;

36 - величина напряжения, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте одиннадцатой гармоники ;

37 - логический блок для одиннадцатой гармоники (А₁₁);

38 - определение разницы по сопротивлению

39 - определение разницы по напряжению

40 - коэффициент состояния режима, в случае если равен единице, значит, реализовано согласование ЛЭП трехпроводного исполнения с нагрузкой на частоте одиннадцатой гармоники, в противном случае этот коэффициент будет равен нулю ((Kuz=0) или (Kuz=1));

41 - амплитудные значения напряжения нагрузки на частоте тринадцатой гармоники

42 - амплитудные значения тока нагрузки на частоте тринадцатой гармоники $$(\dot{I}{А}_{.2}=\dot{I}{2}_{.A.1}\cdot Kuz);$$

43 - логический блок для тринадцатой гармоники A₁₃;

44 - специализированная программа для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в линии электропередачи трехпроводного исполнения на частоте тринадцатой гармоники (LEP3 v.1.00 (2));

45 - величина тока, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники ;

46 - величина напряжения, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники ;

47 - величина тока, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники ;

48 - величина напряжения, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники $$({\dot{U}}_{A.ВОЛH}={\dot{U}}_{A.ВОЛH.1}\cdot Kuz).$$

Суть предлагаемой разработки заключается в реализации при помощи технических средств условий согласования трехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой [5-7], в формировании алгоритма обеспечения и поддержания согласованного режима работы протяженной трехпроводной ЛЭП для всех явно выраженных гармонических составляющих токов и напряжений. В случае нарушения симметрии электроэнергетической системы, в состав которой входит рассматриваемая линия электропередачи условия ее согласования с электрической нагрузкой следует определять для каждого провода ЛЭП.

Пусть будет необходимо выполнить согласование фазы А с электрической нагрузкой на частоте одиннадцатой и тринадцатой гармонической составляющей тока и напряжения. Для фаз В и С алгоритм согласования с электрической нагрузкой будет аналогичным.

На фиг.1 и фиг.2 показан алгоритм обеспечения и поддержания согласования трехпроводной неизолированной ЛЭП с электрической нагрузкой соответственно на частоте одиннадцатой и тринадцатой гармоники. Здесь в качестве объекта согласования использована ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ). Кроме того, реализовано использование следующего электротехнического оборудования: трансформатора 2 (Т1), питающего ЛЭП напряжением 110 кВ или выше 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ); блоки фильтров 9 (Ф₁₁) и 25 (Ф₁₃) - высших гармонических составляющих токов и напряжений, представляющих собой отдельно, для каждой гармоники, действующие устройства и могут работать как на первичном напряжении трансформаторов: 14 (Т3), 13 (Т4), 12 (Т5), так и на вторичном напряжении этих же трансформаторов; 10 (Т2) и 14 (Т3); 13 (Т4); 12 (Т5) - две различные группы понижающих трансформаторов, имеющих отличные друг от друга номинальные характеристики; 18 (VD1); 17 (VD2); 16 (VD3) - группа преобразователей, выполненных в виде выпрямительных установок для электролизного завода, фаза А, представляющих в данном случае обобщенную электрическую нагрузку 20 (фиг.1), 27 (фиг.2). Блоки 10, 14, 13, 12 (Т2-Т5), 9 (Ф₁₁) (фиг.1), 25 (Ф₁₃) (фиг.2), 18, 17, 16 (VD1-VD3) и 20 (фиг.1), 27 (фиг.2) образуют общий блок для каждой гармоники, полное сопротивление которого при достижении согласованного режима работы ЛЭП определяется величиной 23 $$({\underset{\_}{Z}}_{ВОЛН.А}=\frac{{\dot{U}}_{ВОЛН.А}}{\dot{I}{2}_{H.A}})$$ (фиг.1) и 29 (фиг.2), а в иных случаях для каждой гармоники - 22 (фиг.1) и 28 (фиг.2). В данных случаях полное сопротивление 23 (фиг.1) и 29 (фиг.2) являются эталонными величинами, к которым должны стремиться значения 22 (фиг.1) и 28 (фиг.2) в процессе исполнения предлагаемого алгоритма.

Основным блоком работы алгоритма способа согласования трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой является процессор 5 (П) (фиг.1) и (фиг.2), где выполняется анализ сведений о состоянии обобщенного сопротивления нагрузки 22 или 23 (фиг.1) и 28 или 29 (фиг.2). Эти сведения в процессор 5 (П) поступают от устройств сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр 3 и 11 - на частоте одиннадцатой гармоники; датчики тока и напряжения, спектрометр 24 и 26 - на частоте тринадцатой гармоники, где анализируемые характеристики электрической энергии доводятся до величин, воспринимаемых компьютерной техникой. Датчики 3 , 24 устанавливаются и используются для сбора сведений о напряжениях и токах в начале исследуемой протяженной трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ), а датчики 11 , 26 - в конце этой линии электропередачи. В качестве датчиков 3 , 11 , 24 и 26 могут быть использованы трансформаторы напряжения и тока, спектрометры, а также делители напряжения и шунты переменного тока.

Аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП) (фиг.1) и (фиг.2) позволяет сформированные в датчиках 3 , 11 , 24 и 26 аналоговые сигналы преобразовать в дискретные. Цифроаналоговый преобразователь 6 (ЦАП) позволяет сформированные в виде дискретных сигналов в процессоре 5 (П) команды корректирующим органам 1 (КО1), 15 (КО2), 19 (КО3), 21 (КО4), 9 (Ф₁₁) (фиг.1) и 25 (Ф₁₃) (фиг.2) преобразовать в аналоговые. В данном случае в качестве корректирующих органов 1 (КО1), 15 (КО2) и 19 (КО3) использованы устройства РПН силовых трансформаторов, в качестве фильтрующих устройств: одиннадцатой гармоники 9 (Ф₁₁) (фиг.1) использованы фильтры применяемые для минимизации лишь одной одиннадцатой гармонической составляющей тока и напряжения, фильтры тринадцатой гармоники 25 (Ф₁₃) (фиг.2) использованы для минимизации лишь одной тринадцатой гармонической составляющей тока и напряжения, а в качестве 21 (КО4) - система электролиза алюминия ТРОЛЛЬ [8, 9], позволяющая изменять величину полного сопротивления обобщенной нагрузки 22 (фиг.1) или 28 (фиг.2) путем воздействия на технологический процесс. На (фиг.1) это сопротивление обозначено символом 20 , на (фиг.2) это сопротивление обозначено символом 27 .

Результаты действия описываемого алгоритма выводятся на показывающий или самопишущий прибор 7 (РО).

Схема алгоритма работы процессора 5 (П) для частот одиннадцатой, тринадцатой гармоник представлена на (фиг.3). Схема (фиг.3) достаточно проста: из 4 (АЦП) в процессор 5 (П) поступают амплитудные значения тока 33 и напряжения $$32({\dot{U}}_{H.A})$$ нагрузки, затем определяется величина сопротивления 22 . Определенные таким образом величины 33 , $$32({\dot{U}}_{H.A}),$$ подаются в следующий блок 37 (А₁₁).

Блок 34 (LEP3 v.1.00 (1)) на (фиг.3) иллюстрирует использование в предлагаемом способе согласования трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой специализированной программы для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в линии электропередачи трехпроводного исполнения на частоте одиннадцатой гармоники [10]. При помощи программы определяются действующие значения комплексных величин токов и напряжений, постоянные распространения волн электромагнитного поля по проводам ЛЭП, величины собственных и взаимных волновых сопротивлений. В блоках 35 , 36 и 47 , $$48({\dot{U}}_{A.ВОЛH}={\dot{U}}_{A.ВОЛH.1}\cdot Kuz)$$ (фиг.3) формируются величины токов и напряжений в конце линии соответственно на частоте одиннадцатой и тринадцатой гармоники, какими должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой. Эти токи и напряжения определяются следующим образом [5-7] для электрической энергии на частоте одиннадцатой гармоники:

$$\dot{I}{2}_{H.A}={\dot{I}}_{1A.11}\cdot e^{-{\gamma }_{1.1l^l}};$$ $$\dot{I}{2}_{H.B}={\dot{I}}_{1B.11}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.11}^l}};$$ $$\dot{I}{2}_{H.C}={\dot{I}}_{1C.11}\cdot e^{-{\gamma }_{1.1l^l}};$$

$${\dot{U}}_{ВОЛH.A}={\dot{U}}_{1A.11}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.11}^l}};$$ $${\dot{U}}_{ВОЛH.B}={\dot{U}}_{1B.11}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.11}^l}};$$ $${\dot{U}}_{ВОЛH.C}={\dot{U}}_{1C.11}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.11}^l}},$$

где ; , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений в начале ЛЭП на частоте одиннадцатой гармоники, В; γ_1.11 - постоянная распространения одной из пар волн электромагнитного поля по проводам ЛЭП на частоте одиннадцатой гармоники; l - протяженность рассматриваемой трехпроводной ЛЭП, км; , , - комплексные значения действующих величин линейных токов в начале ЛЭП на частоте одиннадцатой гармоники, А.

Далее определяется полное сопротивление нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники 23 (фиг.3) каким оно должно быть при согласовании трехпроводной ЛЭП со своей нагрузкой. Полученные результаты отправляются в блок 37(А₁₁) (фиг.4).

В блоке 37(А₁₁) (фиг.4) выполняются логические операции. На схеме (фиг.4) выполняется сравнение эталонных значений 23 , 36 с сопротивлением нагрузки 22 и напряжением 32 в конце линии на частоте одиннадцатой гармоники. Здесь же из сопоставления этих величин определяются ошибки по сопротивлению ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3 и по напряжению ΔU1, ΔU2, ΔU3. Затем определяются ошибки по току ΔI01-05, ΔI07, ΔI08. При нулевых значениях ошибок по напряжению, ошибки по току ΔI06 и ΔI09 отсутствуют, поэтому в их определении нет необходимости. Информация о величинах ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3 и ΔU1, ΔU2, ΔU3 поступает в один из девяти блоков с приоритетом 2. Последующее действие описываемого алгоритма заключается в определении ошибок либо по сопротивлению ΔZ04p, ΔZ06p, ΔZ07p, ΔZ08p, ΔZ09p, либо по напряжению ΔU01p, ΔU02p, ΔU03Kp, ΔU05p. Полученные таким образом значения ошибок по напряжению поступают в блок суммы ошибок по напряжению , а величины ошибок по сопротивлению попадают в блок суммы ошибок по сопротивлению . Сведения о результатах расчета ошибок поступают в один или несколько блоков корректирующих органов 1, 15, 19, 21 (КО1-4) (фиг.1) или в блок фильтрующих устройств одиннадцатой гармонической составляющей тока и напряжения, 9 (Ф₁₁) (фиг.1).

Здесь в качестве критерия функционирования корректирующих органов избрано несоответствие напряжения в конце линии или сопротивления нагрузки на частотах гармонических составляющих токов и напряжений. В принципе, в качестве такого критерия можно избрать и несоответствие тока в конце линии. Для этого в блоке следует собирать ошибки по току, а затем в результате сопоставления эталонного и действительного значений токов в конце линии сформировать сигнал для корректирующих органов 1, 15, 19, 21 (КО1-4) (фиг.1), для блока фильтрующих устройств: 9 (Ф₁₁) (фиг.1).

В процессе реализации предлагаемого способа согласования трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой выяснено, что при $$32({\dot{U}}_{H.A})>36({\dot{U}}_{ВОЛН.А})$$ и ошибка по току на частоте одиннадцатой гармоники, также как и для тринадцатой гармоники, не определяется. В этом случае предусмотрено определение дополнительной ошибки по напряжению ΔU_O в виде произведения разницы между 36 и 32 и коэффициента состояния ΔIos1. Затем сведения об этой дополнительной ошибке отправляются в блок .

Блок 37 (A₁₁) (фиг.4) реализован в среде National Instruments Lab-VIEW 2009.

В то же время (фиг.3) величины, характеризующие электрическую энергию 22 и 32 от датчиков 3 ; 11 сравниваются с величинами желаемыми, а именно с 36 $$({\dot{U}}_{ВОЛH.A})$$ и 23 , на основании этого сравнения определяется, на сколько они отличны друг от друга 38 $$(\Delta \underset{\_}{Z}={\underset{\_}{Z}}_{H.A}-{\underset{\_}{Z}}_{ВОЛН.А})$$ , 39 $$(\Delta \dot{U}={\dot{U}}_{H.A}-{\dot{U}}_{ВОЛН.А})$$ и в случае если это отличие минимально, что характерно выполняющемуся условию согласования на частоте одиннадцатой гармоники для симметричного участка ЛЭП 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (фиг.1) [5-7], тогда начинает работать следующая часть алгоритма (фиг.3). Здесь это схема алгоритма работы процессора 5 (П) для датчиков 24 $$({\displaystyle \sum _{i=1}^nД3})$$ ; 26 $$({\displaystyle \sum _{i=1}^nД4})$$ которая представлена на (фиг.3). Она достаточно проста: из 4 (АЦП) в процессор 5 (П) поступают амплитудные значения тока 31 и напряжения 30 нагрузки, затем определяется величина 28 которая будет отлична от нуля и бесконечности, в случае согласования на частоте одиннадцатой гармоники симметричного участка 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (фиг.1). Определенные таким образом величины 31 , 30 умножаются на коэффициент 40 ((Kuz=0) или (Kuz=1)), и получают амплитудные значения напряжения нагрузки на частоте тринадцатой гармоники 41 $$({\dot{U}}_{A.H}={\dot{U}}_{Н.А.1}\cdot Kuz)$$ и амплитудные значения тока нагрузки на частоте тринадцатой гармоники 42 $$(\dot{I}{А}_{.2}=\dot{I}{2}_{.A.1}\cdot Kuz)$$ . Коэффициент 40 ((Kuz=0) или (Kuz=1)) равен единице в случае согласования симметричного участка 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) на частоте одиннадцатой гармоники, здесь согласование осуществлено, когда где $$\Delta \underset{\_}{Z}<0.2$$ и $$\Delta \dot{U}<0.2$$ , а Ku=1 и Kz=1, в ином случае 40 ((Kuz=0) или (Kuz=1)) равен нулю, полученные величины совместно с величиной 28 подаются в следующий блок 43 (A₁₃).

Блок на (рис.3) 44 (LEP3 V.1.00 (2)) иллюстрирует использование специализированной программы для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в линии электропередачи трехпроводного исполнения на частоте тринадцатой гармоники [10]. При помощи программы определяются действующие значения комплексных величин токов и напряжений, постоянные распространения волн электромагнитного поля по проводам симметричного участка ЛЭП, величины собственных и взаимных волновых сопротивлений. В блоках 45 $$(\dot{I}{2}_{A.Н.1})$$ и 46 $$({\dot{U}}_{А.ВОЛН.1})$$ формируются величины токов и напряжений в конце линии, какими должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному участку симметричной ЛЭП. Эти токи и напряжения определяются следующим образом на частоте тринадцатой гармоники [5-7]:

$$\dot{I}{2}_{А.H.1}={\dot{I}}_{1A.13}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.13}^l}};$$ $$\dot{I}{2}_{В.Н.1}={\dot{I}}_{1В.13}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.13}^l}};$$ $$\dot{I}{2}_{С.Н.1}={\dot{I}}_{1С.13}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.13}^l}};$$

$${\dot{U}}_{A.ВОЛH.1}={\dot{U}}_{1A.13}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.13}^l}};$$ $${\dot{U}}_{B.ВОЛH.1}={\dot{U}}_{1B.13}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.13}^l}};$$ $${\dot{U}}_{C.ВОЛH.1}={\dot{U}}_{1C.13}\cdot e^{-{\gamma }_{{1.13}^l}},$$

где $${\dot{U}}_{1A.13}$$ ; $${\dot{U}}_{1B.13}$$ , $${\dot{U}}_{1C.13}$$ комплексные значения действующих величин фазных напряжений в начале ЛЭП на частоте тринадцатой гармоники. В; γ_1.13 - постоянная распространения одной из пар волн электромагнитного поля по проводам ЛЭП на частоте тринадцатой гармоники; $${\dot{I}}_{1A.13}$$ , $${\dot{I}}_{1B.13}$$ , $${\dot{I}}_{1C.13}$$ комплексные значения действующих величин линейных токов в начале ЛЭП на частоте тринадцатой гармоники, А.

Величины 45 $$(\dot{I}{2}_{A.Н.1})$$ и 46 $$(\dot{U}{2}_{A.ВОЛH\mathrm{..1}})$$ умножаются на коэффициент 40 ((Kuz=0) или (Kuz=1)) который равен единице в случае согласования симметричного участка однородной трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) на частоте одиннадцатой гармоники (фиг.1), в противном случае 40 ((Kuz=0) или (Kuz=1)) имеет значение нуля. Далее определяется полное сопротивление нагрузки 29 (фиг.3), какое оно должно быть при согласовании симметричного участка трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с этой нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники. Полученные величины отправляются в блок 43 (A₁₃).

В блоке 43 (A₁₃) (фиг.5) выполняются логические операции. Здесь выполняется сравнение эталонных значений на частоте тринадцатой гармоники 29 . $$48({\dot{U}}_{A.ВОЛH}={\dot{U}}_{A.ВОЛH.1}\cdot Kuz)$$ с сопротивлением нагрузки 28 и напряжением в конце участка линии 41 . Здесь же из сопоставления этих величин определяются ошибки по сопротивлению ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3 и по напряжению ΔU1, ΔU2, ΔU3. Затем определяются ошибки по току ΔI01-05, ΔI07, ΔI08. При нулевых значениях ошибок по напряжению, ошибки по току ΔI06 и ΔI09 отсутствуют, поэтому в их определении нет необходимости. Информация о величинах ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3 и ΔU1, ΔU2, ΔU3 поступает в один из девяти блоков с приоритетом 2. Последующее действие описываемого алгоритма заключается в определении ошибок либо по сопротивлению ΔZ04_O, ΔZ06_O, ΔZ07_O, ΔZ08_O, ΔZ09_O, либо по напряжению ΔU01_O, ΔU02_O, ΔU03K_O, ΔU05_o. Полученные таким образом значения ошибок по напряжению поступают в блок суммы ошибок по напряжению $${\displaystyle \sum _{i=1}^5{U}_{A_1}}$$ , а величины ошибок по сопротивлению попадают в блок суммы ошибок по сопротивлению $${\displaystyle \sum _{i=1}^5{Z}_{A_1}}.$$ Сведения о результатах расчета ошибок поступают в один или несколько блоков корректирующих органов 1, 15, 19, 21 (КО1-4) (фиг.2) или в блок фильтрующих устройств тринадцатой гармонической составляющей тока и напряжения, 25 (Ф₁₃ (фиг.2).

Здесь в качестве критерия функционирования корректирующих органов избрано несоответствие напряжения в конце линии 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) или сопротивления нагрузки на частоте тринадцатой гармоники. В принципе, в качестве такого критерия можно избрать и несоответствие тока в конце линии. Для этого в блоке $${\displaystyle \sum _{i=1}^5{Z}_{A_1}}$$ следует собирать ошибки по току, а затем в результате сопоставления эталонного и действительного значений токов в конце линии сформировать сигнал для корректирующих органов 1, 15, 19, 21 (КО1-4) (фиг.2) или фильтрующих устройств, блока 25 (Ф₁₃) (фиг.2).

В процессе реализации предлагаемого способа согласования трехпроводной симметричной ЛЭП 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с электрической нагрузкой выяснено, что при:

$$41({\dot{U}}_A{}_H={\dot{U}}_{Н.А.1}\cdot Kuz)>48({\dot{U}}_{A.ВОЛН}={\dot{U}}_{A.ВОЛН.1}\cdot Kuz)$$

и 28 $$({\underset{\_}{Z}}_{А.Н}=\frac{{\dot{U}}_{H.A.1}\cdot K_U}{\dot{I}{2}_{.A.1}\cdot K_Z})>29$$ ошибка по току не определяется. В этом случае предусмотрено определение дополнительной ошибки по напряжению ΔU_p в виде произведения разницы между и $$41({\dot{U}}_{A.H}={\dot{U}}_{H.A.1}\cdot Kuz)$$ и коэффициента состояния ΔIos1. Затем сведения об этой дополнительной ошибке отправляются в блок .

Блок 43 (A₁₃) (фиг.5) реализован в среде National Instruments Lab-VIEW 2009.

Согласование однородной трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 110 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (фиг.1) и (фиг.2) можно реализовать и начиная с 28 и 29 $$({\underset{\_}{Z}}_{A.ВОЛН}=\frac{{\dot{U}}_{A.ВОЛH}}{\dot{I}{2}_{A.Н}})$$ , то есть с частоты тринадцатой гармоники, тогда следует рассматривать сначала согласование на частоте тринадцатой гармоники, а после этого и согласование реализовать на частоте одиннадцатой гармоники.

Блоки фильтрующих устройств 9 (Ф₁₁) (фиг.1) и 25 (Ф₁₃) (фиг.2) должны в случае фильтрации электрической энергии на частотах одиннадцатой и тринадцатой гармоник соблюдать условия:

$${\underset{\_}{Z}}_{11}={\underset{\_}{Z}}_{Ф.11}$$ ; $${\underset{\_}{Z}}_{13}={\underset{\_}{Z}}_{Ф.13}$$ ,

где $${\underset{\_}{Z}}_{11}$$ , $${\underset{\_}{Z}}_{13}$$ - сопротивление электрической энергии на частоте соответственно одиннадцатой и тринадцатой гармоник:

; $${\underset{\_}{Z}}_{13}=\frac{{\dot{U}}_{13}}{{\dot{I}}_{13}}$$ ,

$${\underset{\_}{Z}}_{Ф.11}$$ , $${\underset{\_}{Z}}_{Ф.13}$$ - сопротивление фильтрующего устройства на частоте соответственно одиннадцатой и тринадцатой гармоник:

$${\underset{\_}{Z}}_{Ф.11}=\frac{-{\dot{U}}_{11}}{-{\dot{I}}_{11}}$$ ; $${\underset{\_}{Z}}_{Ф.13}=\frac{-{\dot{U}}_{13}}{-{\dot{I}}_{13}}$$ .

По вышеприведенным условиям работает фильтрующее устройство такое как - активный кондиционер гармоник (Active Harmonic Conditioner - АНС) [11-13].

Источники информации

1. Большанин Г.А. Распределение электрической энергии пониженного качества по участкам электроэнергетических систем. В 2 кн. Кн.1 / Г.А.Большанин - Братск: БрГУ, 2006 - 807 с.

2. Большанин Г.А. Коррекция качества электрической энергии / Г.А.Большанин - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007 - 120 с.

3. Большанин Г.А. Особенности распространения электрической энергии по трехпроводной линии электропередачи / Г.А.Большанин, Л.Ю. Большанина, Е.Г.Марьясова // Системы. Методы. Технологии. - 2011. №3 (11). - С.82-89.

4. Кэрки Д. Согласование выходного импеданса при помощи полностью дифференциальных операционных усилителей / Д.Кэрки // Компоненты и технологии. - 2010. - №5. - С.150-154.

5. Козлов В.А. Условия согласования однородной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи 10 кВ и выше с нагрузкой / В.А.Козлов, Г.А.Большанин // Материалы VII международной научно-практической конференции. - Прага: Печатный дом «Образование и Наука», 2011. - С.86-90.

6. Козлов В.А. Согласованный режим работы однородной трехпроводной линии электропередачи / В.А.Козлов, Г.А.Большанин // Системы. Методы. Технологии. - 2011. - №4. - С.70-76.

7. Козлов В.А. Согласованный режим работы однородной трехпроводной ЛЭП 220 кВ и выше как средство улучшения электромагнитной обстановки/ Большанин Г.А. // Наука сегодня: теоретические аспекты и практика применения. 4.2: Сб. науч. трудов. - Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2011. - С.63-66.

8. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ТРОЛЛЬ / АО ТоксСофт // http://new.toxsofk.ru. 11.05.2011.

9. Разрешение от 03.04.2007 №РРС 00-23783 Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору.

10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010611988 "Расчет параметров трехфазной трехпроводной неизолированной линии электропередачи (LEP3 v.1.00)"

11. Bettega E., Fiorina J.N. Active Harmonic Conditioners and Unity Power Factor Rectifiers // Cahier Technique Schneider Electric, ЕСТ 183, 1999. - 28 р.

12. Bernard S., Trochain G. Compensation of Harmonic Currents Generated By Computers Utilizing an Innovative Active Harmonic Conditioner // MGE UPS Systems, MGE 0128, 2000. - 19 p.

13. Bernard S., Fiorina IN., Gros В., Trochain G. THM Filtering and the Management of Harmonic Upstream of UPS // MGE UPS Systems, MGE 0246, 2000. - 17 p.

Способ согласования трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой на частотах всех ярковыраженных гармонических составляющих токов и напряжений, заключающийся в том, что исходная информация о напряжениях и токах в линии через устройства сопряжения поступают в процессор, отличающийся тем, что в процессоре проверяются поочередно условия согласования всех ярковыраженных гармонических составляющих токов и напряжений трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой для каждого провода линии в результате сравнения действительного и эталонного значений сопротивлений нагрузки, напряжений в конце линии или токов, поступающих в нагрузку, и формируются управляющие сигналы для фильтров высших гармонических составляющих токов и напряжений различных модификаций и корректирующих органов, в качестве которых могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов, регулировочные автотрансформаторы или автоматизированные технологические комплексы.