Модуль интеллектуальной электроэнергетики

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении электросетей с автоматическим перераспределением потоков электроэнергии по разным линиям электропередачи к потребителям с варьируемой нагрузкой по фазам трехфазной сети и варьируемой мощностью потребления в широких пределах. Заявлен модуль интеллектуальной электроэнергетики, содержащий трехфазный трансформатор с тремя замкнутыми между собой железными магнитопроводами, на каждом из которых выполнены входная и три выходных обмотки, две из которых включены согласно-последовательно, первая из которых включена встречно-последовательно с третьей обмоткой, выполненной по схеме «зигзаг» на смежном магнитопроводе, как в симметрирующем трансформаторе. Три вторых обмотки каждого из магнитопроводов выполнены с N выводами, подключаемыми к соответствующим фазам линии электропередачи через управляемые симисторы, а свободные концы трех третьих обмоток включены согласно-параллельно к трем одинаковым обмоткам однофазного трансформатора, вторичная обмотка которого встречно-последовательно включена между общей точкой свободных концов трех указанных входных обмоток однофазного трансформатора и нулевой шиной линии электропередачи, причем выбор включения соответствующих отводов вторых многоотводных обмоток трехфазного трансформатора через N соответствующих управляемых симисторов к трем фазам линии электропередачи осуществляется автоматически с помощью трех одинаковых систем автоматического регулирования из электронных устройств контроля силы токов в каждой фазе и напряжений в них в начале линии электропередачи, а также с помощью трех раздельных двухпетлевых систем автоподстройки с преобразованием управляющих аналоговых сигналов в цифровые коды с последующей их дешифрацией с числом каналов N на выходах каждого из дешифраторов, связанных с управляемыми симисторами через N оптопар. Система автоматического регулирования, входящая в состав модуля, включает устройство измерения тока фазы, измерителя напряжения переменного тока в начале линии электропередачи, измерителя напряжения, падающего в фазном проводнике с известным сопротивлением в линии электропередачи, двух формирователей постоянных напряжений-эквивалентов разности напряжения в начале линии и фазном проводе и стабилизируемого напряжения в конце фазного проводника линии электропередачи, а также аналогового сумматора. Технический результат - повышение быстродействия процесса регулирования напряжения у потребителя по каждой из фаз с повышенной точностью стабилизации, повышение надежности действия, устранение перекосов фазного напряжения и снижения потерь электроэнергии путем снижения (ликвидации) уравнительного тока в нулевой шине при автоматическом перераспределении потоков энергии различным потребителям по их выделенным линиям передачи с расширением диапазона потребляемых мощностей разными потребителями. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении электросетей с автоматическим перераспределением потоков электроэнергии по разным линиям электропередачи к потребителям с варьируемой нагрузкой по фазам трехфазной сети и варьируемой мощностью потребления в широких пределах. Создание таких энергосистем давно обсуждается в научно-технических кругах и характеризует так называемую интеллектуальную электроэнергетику, которая характеризуется широким применением электронных автоматизированных модулей управления процессами перераспределения энергии с минимальными ее потерями и исключением различного рода аварийных ситуаций, а также эффективным энергосбережением.

Известны устройства, существенно устраняющее перекос фазных напряжений, возникающий из-за различия нагрузок по фазам у потребителя [1-3]. Это так называемое трехфазное симметрирующее устройство, в котором трехфазный трехстержневой трансформатор содержит обмотки, соединенные встречно в «зигзаг». Свободные выводы первых обмоток подключаются к выходным зажимам, а свободные выводы вторых обмоток соединяются в одну общую нулевую точку для подключения фазных нагрузок. В каждую фазу введены одна или две последовательно соединенные вольтодобавочные обмотки, включенные со стороны питающей сети через двух- или трехпозиционный переключатель последовательно с нагрузкой. Технический результат - обеспечение симметрирования фазных напряжений. Технико-экономическая эффективность при использовании устройства достигается благодаря уменьшению сопротивления токам нулевой последовательности и повышению качества электрической энергии, связанной с этим параметром, и надежности работы в аварийных режимах работы.

Ближайшим аналогом заявляемому техническому решению может быть взято устройство стабилизации напряжения сети переменного тока [4], представляющее автотрансформатор с плавной регулировкой напряжения, осуществляемой перемещением щетки, управляемой при помощи автоматизированного привода, отличающееся тем, что с целью исключения подачи потребителю повышенного напряжения при быстром повторном включении сети, щетка трансформатора сцеплена с автоматизированным приводом посредством электромагнита, питающегося от напряжения сети, и снабжена постоянно действующей возвратной пружиной, которая при снижении напряжения сети до величины расцепления электромагнита возвращает щетку в исходное положение.

Очевидными недостатками известного устройства являются низкая надежность действия механической системы и контактной щетки из-за ее быстрого износа, а также использование электромеханического привода управления щеткой, снижающего быстродействие процесса регулирования. Кроме того, применительно к трехфазной сети такое устройство не устраняет перекоса фазных напряжений при различных нагрузках у потребителя по фазам, а также не устраняет потери электроэнергии в нулевой шине из-за отсутствия компенсации уравнительного тока, протекающего в этой нулевой шине при перекосе фазных напряжений.

Указанные недостатки устранены в заявляемом техническом решении.

Целями изобретения являются повышение быстродействия процесса регулирования напряжения у потребителя по каждой из фаз с повышенной точностью стабилизации, повышение надежности действия, устранение перекосов фазного напряжения и снижения потерь электроэнергии путем снижения (ликвидации) уравнительного тока в нулевой шине при автоматическом перераспределении потоков энергии различным потребителям по их выделенным линиям передачи с расширением диапазона потребляемых мощностей разными потребителями.

Указанные цели достигаются в заявляемом модуле интеллектуальной электроэнергетики, содержащем трехфазный трансформатор с тремя замкнутыми между собой железными магнитопроводами, на каждом из которых выполнены входная и три выходных обмотки, две из которых включены согласно-последовательно, первая из которых включена встречно-последовательно с третьей обмоткой, выполненной в «зигзаг» на смежном магнитопроводе, как в симметрирующем трансформаторе, отличающимся тем, что три вторых обмотки каждого из магнитопроводов выполнены с N выводами, подключаемыми к соответствующим фазам линии электропередачи через управляемые симисторы, а свободные концы трех третьих обмоток включены согласно-параллельно к трем одинаковым обмоткам однофазного трансформатора, вторичная обмотка которого встречно-последовательно включена между общей точкой свободных концов трех указанных входных обмоток однофазного трансформатора и нулевой шиной линии электропередачи, причем выбор включения соответствующих отводов вторых многоотводных обмоток трехфазного трансформатора через N соответствующих управляемых симисторов к трем фазам линии электропередачи осуществляется автоматически с помощью трех одинаковых электронных систем автоматического регулирования из устройств контроля силы токов в каждой фазе и напряжений в них в начале линии электропередачи, а также с помощью трех раздельных двухпетлевых систем автоподстройки с преобразованием управляющих аналоговых сигналов в цифровые коды с последующей их дешифрацией с числом каналов N на выходах каждого из дешифраторов, связанных с управляемыми симисторами через N оптопар.

Система автоматического регулирования, входящая в состав модуля, включает устройство измерения тока фазы I, выполненное из последовательно соединенных трансформатора тока и выпрямителя с фильтром нижних частот, измерителя напряжения U₁ переменного тока в начале линии электропередачи, измерителя напряжения r I, падающего в фазном проводнике с известным сопротивлением r в данной линии электропередачи, двух формирователей постоянных напряжений-эквивалентов разностного напряжения U₁ - r I и стабилизируемого напряжения U₂ в конце фазного проводника линии электропередачи, а также аналогового сумматора, на первый вход которого подан эквивалент напряжения k r I, а на второй - эквивалент напряжения k (U₂-U₁+r I) после сравнения указанных напряжений-эквивалентов на операционном усилителе, при этом аналоговый сигнал с выхода сумматора преобразуется в аналого-цифровом преобразователе с m двоичными разрядами, выход которого связан с двоичным дешифратором на N=2^m выходов, подключенных через N оптопар соответственно к N управляемым симисторам, катоды которых подключены к отводам второй вторичной обмотки силового трансформатора данной фазы, а аноды укреплены на охлаждающей пластине для всех N управляемых симисторов, подключенной к проводнику данной фазы.

Достижение вышеуказанных целей изобретения объясняется сочетанием симметрирования в силовом трансформаторе фазных напряжений по известной схеме симметричного трехфазного трансформатора с быстродействующим электронным регулированием напряжения раздельно на конце каждой фазы у потребителя с повышенной точностью, определяемой дискретом напряжения между смежными выводами каждой из трех вторых вторичных обмоток силового трансформатора, а снижение потерь в нулевой шине линии электропередачи при существенно разных нагрузках по трем фазам у потребителя достигнуто формированием суммарного напряжения на вторичной обмотке однофазного трансформатора, равного и противоположно по фазе встречно направленного напряжению, которое возникло бы на концах нулевой шины линии электропередачи от протекания в ней уравнительного тока при отсутствии устройства компенсации перекоса фазных токов на основе однофазного суммирующего трансформатора. Устранение перекоса фазных напряжений и токов в нулевой шине и высокая степень стабилизации фазных напряжений у потребителя с автоматизацией процесса стабилизации обеспечивает эффективное перераспределение потоков электроэнергии между различными потребителями от данной трансформаторной станции и расширение пределов такой регулировки при вариации нагрузок у потребителей.

Функциональная и принципиальная схемы заявляемого модуля представлены на прилагаемых рисунках. На рис. 1 дана схема силового трехфазного симметрирующего трансформатора с включением его обмоток с управляемыми симисторами по одной из фаз (две другие фазы имеют аналогичные связи с управляемыми симисторами) и подключение к нулевой шине однофазного суммирующего трансформатора. На рис. 2 представлена блок-схема аналого-цифрового управления включением управляемых симисторов по одной из фаз. На рис. 3 дана блок-схема системы автоматического регулирования, формирующей сигнал управления, подаваемый на аналого-цифровую схему управления (рис. 2).

На рис. 1 изображены следующие элементы:

1 - трехфазный силовой трансформатор, на каждом из трех магнитосвязанных магнито-проводов расположены одна первичная (а) и три вторичных (b, с, d) обмотки, причем первая (b) и вторая (d) вторичные обмотки включены между собой согласно-последовательно, а вывод первой (b) обмотки соединен встречно последовательно с третьей (с) обмоткой, выполненной на смежном магнитопроводе известным приемом в «зигзаг», кроме того, вторая (d) вторичная обмотка имеет N выводов с малым дискретом по напряжению ΔU между смежными по номерам выводами i и (i +/- 1);

2 - однофазный суммирующий токи каждой из трех фаз тремя одинаковыми первичными обмотками (е) трансформатор, так что на вторичной обмотке (g) образуется комплексное напряжение, равное и противоположно по фазе направленное тому напряжению U_НШ, какое могло бы возникнуть без использования данного трансформатора из-за уравнительного тока I_УР в нулевой шине, то есть напряжение U_g=-(U_НШ=I_УР r_НШ), и при этом в нулевой шине сопротивлением r_НШ уравнительный ток подавляется, что снижает потери электроэнергии в линии электропередачи;

3 - линейка из N управляемых симисторов, аноды которых объединены с данной фазой линии электропередачи (аноды симисторов жестко закреплены на охлаждающей медной пластине с отверстиями под винты симисторов).

На рис. 2 схема аналого-цифрового управления включением симисторов состоит из:

4 - линейки из N оптопар в каждой фазе (с оптотиристорами или оптотранзисторами);

5 - источника постоянного напряжения, необходимого для включения симисторов 3, не связанного с общей шиной устройства и общего для всех N симисторов;

6 - системы автоматического регулирования, формирующей аналоговый сигнал управления переключением N выводов второй обмотки (d) силового трансформатора в фазному проводнику линии электропередачи через один из управляемых симисторов;

7 - трансформатор тока, установленный в фазном проводнике в начале линии электропередачи, вторичная обмотка которого индуцирует напряжение, пропорциональное протекающему в фазном проводнике току I и подаваемое на первый вход системы автоматического регулирования 6; на второй ее вход поступает напряжение U₁, действующее на фазном проводнике в начале линии электропередачи;

8 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с числом двоичных разрядов, равным m; при этом имеем соотношение N=2^m, отвечающее числу выводов со второй вторичной обмотки силового трансформатора 1 (при этом на первом выводе без нагрузки в фазе действует напряжение U₂, стабилизируемое в конце линии у потребителя;

9 - источник постоянного опорного напряжения для работы АЦП 8 (2…3 В);

10 - дешифратор, например, имеющий два входа для старших разрядов формируемого в АЦП 8 кода (при m=6 - пятого и шестого разрядов) и четыре выхода;

11 - четыре одинаковых дешифратора, имеющих по четыре входа для младших разрядов кода, поступающего от АЦП 8; его входы запрета EN подключены к выходам дешифратора 10. При этом на 64 выходах четверки дешифраторов только на одном из них возникает сигнал «0» и при этом открывается соответствующий симистор, а на всех остальных выходах дежурит сигнал «1» и соответствующие светодиоды оптопар 4 не включены.

На рис. 3 представлена блок-схема системы автоматического регулирования, которая включает следующие элементы: два выпрямительных моста Греца, трансформатор Тр₃ с понижающей вторичной обмоткой, стабилитрон SD, три операционных усилителя У₁ (вычитатель), У₂ (схема сравнения) и У₃ (сумматор), два транзистора Т₁ и Т₂ и вторичный источник питания для операционных усилителей +/- 15 В и стабилизированный источник +5 В. На рис. 3 также указаны фазный проводник с известным сопротивлением r в составе линии электропередачи, трансформатор 7 тока фазы I и варьируемая нагрузка R_H у потребителя. Подстройка режимов работы САР осуществляется переменными резисторами и потенциометрами R₃…R₇.

Рассмотрим работу заявляемого модуля.

Сначала рассмотрим структуру трехфазного симметрирующего силового трансформатора 1, который соединяет в себе как собственно силовой трансформатор трансформаторной станции (ТС или ячейки ЗРУ), понижающий класс напряжения, например, с 10 кВ до 380 В между фазами трехфазной сети, так и симметрирующий трансформатор, выполненный по известной методике для частичного устранения перекоса фазных напряжений у потребителя, возникающего от подключения к фазам различных по величине нагрузок. Этот трансформатор содержит первичные обмотки «а» и три вторичных обмотки «b», «с» и «d» на каждом из трех его магнитопроводов, магнитосвязанных между собой. При этом обмотки «b» и «d» включены между собой согласно-последовательно на каждом магнитопроводе, а свободный конец обмотки «b» одного магнитопровода соединен встречно-последовательно с обмоткой «с», расположенной на смежном магнитопроводе, как это принято называть в «зигзаг», что и позволяет частично устранить возможный перекос фазных напряжений, как это показано в работах [1-3]. Особенностью силового трансформатора является выполнение обмотки «d» многоотводной. При этом на первом ее свободном выводе действует фазное напряжение U₂=220 В, которое стабилизируется у потребителя с высокой точностью независимо от подключенной к фазе нагрузки в заданных расширенных пределах. Все последующие по выводам напряжения представляют эквидистантный ряд с дискретом ΔU, определяющим абсолютную погрешность стабилизации напряжения U₂. При наличии N свободных выводов обмотки «d» полное напряжение, снимаемое с такой обмотки равно U_N=U₂+N ΔU.

В целях энергосбережения, связанного с необходимостью ликвидации уравнительного тока в нулевой шине электропередачи, когда имеет место перекос потребляемых токов в трех фазах у потребителя, в заявляемом устройстве предлагается применить однофазный трансформатор 2 с тремя одинаковыми первичными обмотками «е» и вторичной обмоткой «g». При этом свободные концы обмоток «с» силового трансформатора 1 включены согласно-параллельно соответственно к трем обмоткам «е». Возникающие от токов в этих обмотках магнитные поля суммируются в общем для них магнитопроводе однофазного трансформатора 2, и в его магнитопроводе действует переменное магнитное поле на частоте сети f=50 Гц вида H(t)=Н_Ο sin (2 π f t+φ_Σ), где Н_Ο - амплитуда напряженности магнитного поля, определяемая модулем вектора уравнительного тока как геометрической суммы векторов для фазных токов (разных в общем случае), а φ_Σ - фаза уравнительного тока. При этом на сопротивлении нулевой шины r_НШ в случае протекания в ней уравнительного тока I_УР (определяющего значение Н_Ο) возникло бы падение напряжения U_НШ=I_УР r_НШ, и поэтому для ликвидации в нулевой шине линии электропередачи потерь энергии следует возбудить во вторичной обмотке «g» такое же напряжение U_НШ и включить эту обмотку встречно-последовательно между нулевой шиной и точкой объединения свободных выводов трех обмоток «е» однофазного трансформатора 2. При этом вместо нулевой шины из проводника, можно использовать заземление свободного вывода вторичной обмотки «g», и такое же заземление следует предусмотреть и у потребителя (средней точки соединения фаз по схеме звезды).

На рис. 1 показано соединение N вводов обмотки «d» с катодами N управляемых симисторов 3, аноды которых объединены на общем для них радиаторе охлаждения относительно небольших габаритов, поскольку одновременно работает под током только один из N управляемых симисторов. Вместо симисторов, могут использоваться пары встречно-параллельно включенных тиристоров [5]. При постоянно действующем открытии симистора не искажается форма синусоидального напряжения, что также существенно и принципиально отличает заявляемый модуль от известного управляемого шунтирующего реактора трансформаторного типа (УШРТ) [6, 7], в схеме которого используются пары встречно-параллельно включенных тиристоров, закорачивающих при определенной фазе синусоидального напряжения сети вторичные обмотки силового трансформатора, что приводит неизбежно к дополнительным потерям энергии и существенному искажению формы синусоиды - к появлению гармоник, которые необходимо подавлять, например, с помощью режекторных фильтров, настроенных в резонанс с частотами гармоник, что также приводит к бесполезному расходу энергии сети.

Рассмотрим работу системы стабилизации фазного напряжения U₂ у потребителя при разных подключаемых к ней нагрузках с сопротивлением R_H=var при сопротивлении проводника фазы в линии электропередачи равном r=const. В зависимости от протекающего в нагрузке тока I=U₂/R_H напряжение на входе линии электропередачи (у ТП) на данной фазе U₁ должно удовлетворять уравнению:

Это означает, что в ТП к данному проводнику фазы следует подключить через открытый симистор 3 соответствующий вывод i обмотки «d», где i=1, 2, 3,… N, так что получим для значения i очевидное выражение:

Следовательно, при заданном дискрете ΔU и заведомо известном сопротивлении r фазного проводника в линии электропередачи необходимо измерить ток фазы I и решить данное соотношение (2) для числа i. Но для того чтобы решить задачу стабилизации, необходимо также измерить величину напряжения U₁ в начале линии электропередачи по данной фазе для удовлетворения равенства (1).

Вычисление номера вывода i осуществляется путем преобразования некоторого аналогового управляющего напряжения u_УПР(I), формируемого в системе автоматического регулирования 6, в цифровой двоичный код с последующим его дешифрированием. Рассмотрим эту процедуру по схеме на рис. 2.

Пусть положительной полярности аналоговый управляющий сигнал с выхода САР 6 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8, на другой вход которого поступает стабильное постоянное опорное напряжение U_ОП (обычно несколько вольт) положительной полярности. На выходе АЦП возникает двоичный цифровой код с числом двоичных разрядов m, что отвечает наибольшему числу каналов дешифрации N=2^m. Так, при m=6 имеем N=64. Полученный в АЦП двоичный код затем поступает на дешифратор. В качестве 6-разрядного АЦП может использоваться микросхема К1107ПВ1.

На схеме рис. 2 для примера дана схема дешифратора, который состоит из четырех конечных дешифраторов 11 с четырьмя управляющими входами и 16-ю выходами каждый, которые в совокупности образуют N=64 выходов, а также одного входного дешифратора 10 с двумя управляющими входами и четырьмя выходами, которые подключены соответственно к входам разрешения (запрета) EN четырех конечных дешифраторов 11. При этом используется 6-разрядный двоичный код, четыре младших разрядов которого соединены параллельно с управляющими входами дешифраторов 11, а два старших разряда соединены с управляющими входами дешифратора 10. Таким образом, коды от 000000 до 111111 открывают сигналом логического «0» один из 64-х выходов дешифраторов 11. Все остальные их 63 выхода остаются в состоянии логической «1». В качестве входного дешифратора 10 может быть использована микросхема ТТЛ-логики К155ИД4, а дешифратора 11 - К155ИД33.

С каждым из выходов дешифратора связан соответствующий ему «включатель» на оптопаре 4, которая включает в себя комбинацию «светодиод - оптический канал - фототиристор» (или фототранзистор). Включение светодиода происходит по цепи от источника питания +5 В до выхода дешифратора с низким уровнем напряжения (0…0,4 В) через резистор R₁, общий для всех оптопар, ограничивающий ток через светодиод, который зажигается при напряжении около 2 В и потребляет ток около 10 мА (для оптопары типа АОУ103Б).

При включении светодиода оптопары открывается канал «анод-катод» фототиристора (или фототранзистора) и становится проводящим для переменного тока соответствующий управляемый симистор отрицательным потенциалом на управляющем электроде относительно анода симистора при питании цепи управления всех N управляемых симисторов от единого источника постоянного тока 5 через ограничивающий ток управления резистор R₂, причем этот источник не связан с общей шиной системы («подвешен»), что и приводит к необходимости разделения выходов дешифратора от управляемых симисторов из-за действия высокого переменного напряжения между симисторами и общей шиной системы.

Обратимся теперь к рассмотрению работы системы автоматического регулирования (САР) 6 по формированию управляющего напряжения u_УПР(I), подаваемого на вход АЦП 8, схема которой представлена на рис. 3. На ее входы подаются переменные напряжения с вторичной обмотки (повышающей) трансформатора тока 7, протекающего по рассматриваемой фазе линии электропередачи и равного I, а также действующее в этой фазе напряжение U₁ на понижающий трансформатор Тр₃. Оба указанных напряжения подаются на раздельные выпрямители по схеме моста Греца со сглаживающими фильтрами нижних частот. Два выпрямленных напряжения постоянного тока снимаются потенциометрами R₃ и R₅ относительно общей шины системы. Положение вывода потенциометров подбирается при настройке схемы и устанавливается с последующей постоянной фиксацией так, что на инвертирующем входе операционного усилителя У₁ действует постоянное напряжение k r I, пропорциональное току в фазе I, а на неинвертирующем входе этой микросхемы действует постоянное напряжение k U₁, пропорциональное напряжению U₁, действующему в начале линии электропередачи на данной фазе. При этом при коэффициенте усиления данного операционного усилителя, равном единице, устанавливаемого с помощью однократной регулировки с последующей фиксацией резистора (реостата) R₄, на выходе операционного усилителя У₁ образуется разностное напряжение k (U₁ - r I) положительной полярности, поскольку всегда U₁>>r I.

Выпрямленное вторым мостом Греца, связанным с трансформатором Тр₃, постоянное напряжение через ограничивающий резистор подводится к стабилитрону SD, при этом на потенциометре R₆ высокостабильное постоянное напряжение, с помощью которого этим потенциометром подбирается напряжение-эквивалент напряжения U₂ в качестве некоторого опорного напряжения k U₂, используемого для сравнения его с напряжением на выходе операционного усилителя У₁ и равного к (U₁ - r I), которое подается на неинвертирующий вход операционного усилителя У₂, работающего как схема сравнения с единичным коэффициентом передачи. На выходе этой схемы образуется сигнал разности k (U₂ - U₁ + r I), полярность которого может быть как положительной, так и отрицательной в зависимости от величины напряжения U₁ и тока I при неизменном значении напряжения U₂.

Окончательный этап формирования управляющего напряжения u_УПР(I) заключается в суммировании напряжений, выделяющихся на выходах операционных усилителей У₁ и У₂, в сумматоре на операционном усилителе У₃, и при этом оба этих суммируемых напряжений подаются через резисторы на общий для них неинвертирующий вход операционного усилителя, а с помощью инвертирующего входа усилителя задается коэффициент усиления, например, также равный единице, и тогда на его выходе будет выделяться напряжение положительной полярности (так как всегда r I>|U₂ - U₁ + r I|), величина которого с достаточной точностью соответствует значению r I в установившемся режиме регулирования напряжения U₁, когда U₁ - r I ≈ U₂. При этом выходное напряжение с У₃ образует на выходе потенциометра R₇ искомое управляющее напряжение u_УПР(I) ~ k r I при k << I, максимум которого образует на выходе АЦП 8 двоичный код 111111, а при токе фазы, равном нулю, имеем u_УПР(I) = 0, и код на выходе АЦП равен 000000. Необходимость в подстройке управляющего напряжения потенциометром R₇ возникает в зависимости от используемой величины опорного напряжения U_ОП источника питания 9 для работы АЦП 8. В качестве операционных усилителей У₁, У₂ и У₃ можно использовать микросхему КР574УД1.

Рассмотрим пример реализации заявляемого модуля для стабилизации напряжения U₂ у любого из потребителей по любой из его фаз. Пусть потребитель по согласовании с энергоснабжающей организацией потребляет в среднем Р_Ο=100 кВт, то есть в среднем по 33,3 кВт по каждой фазе, если считать нагрузки по фазам одинаковыми. Тогда среднее значение сопротивления нагрузки по фазе равно R_H=3 U₂²/Р_Ο=1,452 Ом и при этом среднестатистический ток фазы равен I_Ο=U₂/R_H = 151,5 А. Если полагать сопротивление фазного проводника линии электропередачи r=0,5 Ом (при длине линии порядка 1700 м при алюминиевом проводнике сечением около 100 мм²), то при токе фазы I_Ο падение напряжения в этом проводнике будет r I_Ο=75,6 В. При этом напряжение U₁ на входе линии должно быть равно 220+75,6=295,6 В. Если полагать, что максимальная потребляемая мощность данным потребителем может быть ВДВОЕ больше средней, то есть Р_МАХ=2 Р_Ο, то максимальный ток в фазе возрастет до 302,4 А, а падение напряжения в фазном проводнике линии станет равным 151,2 В. При этом разность напряжений, действующих на N-м выводе и первым выводом силового трансформатора будет равна 151,2 В. Отсюда следует, что дискрет напряжения между смежными выводами будет равен:

и при указанных величинах имеем ΔU=2,4 В. Если отводы в обмотке «d» делать через один полный виток, то вся эта обмотка должна содержать 371 витков (220 витков до первого ее вывода), если обмотки «b» и «с» имеют одинаковое число витков. Относительная погрешность стабилизации напряжения U₂ оценивается при этом как:

и при указанных данных относительная погрешность стабилизации напряжения у потребителя равна +/- 1,09% при изменении потребляемой им мощности от нуля до 200 кВт, то есть в чрезвычайно широких пределах.

Заявленный модуль интеллектуальной электроэнергетики будущего, о чем говорилось на недавней конференции в Сколково с участием Председателя правительства России, является одной из существенных компонент построения будущей энергетики, поскольку такое техническое решение позволяет оперативно перераспределять потоки энергии между разными потребителями при изменяющихся их нагрузках без аварийных ситуаций (включая применение реклоузеров). Другими ее компонентами является проблема энергосбережения путем компенсации реактивных составляющих в линии электропередачи и нейтрализации гармоник. Однако радикальным средством снижения потерь энергии в линиях электропередачи остается трудно решаемая проблема передачи электроэнергии по сверхпроводящим кабелям, работающим при температуре окружающей среды. Эти работы в России пока находятся на начальной стадии, а ученые-физики уже подошли к созданию сверхпроводников при их работе с комнатной температурой, а сверхпроводники на керамике, охлаждаемые жидким азотом уже нашли практическое применение. Что касается так называемой аккумуляции энергии переменного тока у потребителей, то эта возможность не имеет надлежащего экономического обоснования в ближайшей обозримой перспективе. Достаточно иметь закольцованную электросеть по стране с некоторым избытком генерируемой энергии по сравнению с суммарной потребляемой энергией.

Задача реализации интеллектуальной электроэнергетики является приоритетным направлением развития народного хозяйства и экономики, и ее решение связано с необходимостью решительного обновления парка имеющегося электрооборудования множества разветвленных трансформаторных станций (ячеек ЗРУ) с разными классами напряжения, а также средств транспортировки электроэнергии, на выполнение чего необходимо предусмотреть необходимые и весьма немалые денежные средства государственного бюджета и различных частных компаний и корпораций.

Литература

1. Василенко В.Д. Симметрирующий трансформатор. Патент РФ №2521864, опубл. 10.07.2014.

2. Василенко В.Д., Евдокимов В.В. Трехфазное симметрирующее устройство. Патент РФ №2314620, опубл. 04.01.2008.

3. Василенко В.Д. Трехфазное симметрирующее устройство. Патент РФ №2453965, опубл. 20.06.2012.

4. Алексеев Н.Н., Мишаров Ф.Ф. Устройство стабилизации напряжения сети переменного тока. Авторское свидетельство СССР по заявке №618942/24, опубл. в бюл. №24 от 1959 г. (прототип).

5. Меньших О.Ф. Электронно-управляемый силовой трансформатор (ЭУСТ) для линии электропередачи к потребителю с переменной нагрузкой. Заявка №2016138900/07 (062054) с приоритетом от 03.10.2016.

6. Мологин Д.С., Чуприков B.C. Реализация пилотного проекта CSRT в энергосистеме «Norte de Angola», «Энергоэксперт», №1, 2010.

7. Демин А.И., ТатаренкоА.В., Чуприков B.C. Применение УШРТ 220 кВ 60 Мквар для нормализации режимов работы энергосистемы «Norte de Angola». Материалы VI Международной н/т конференции «Энергосбережение в промышленности», М., 17-18.03.2010.

1. Модуль интеллектуальной электроэнергетики, содержащий трехфазный трансформатор с тремя замкнутыми между собой железными магнитопроводами, на каждом из которых выполнены входная и три выходных обмотки, две из которых включены согласно-последовательно, первая из которых включена встречно-последовательно с третьей обмоткой, выполненной по схеме «зигзаг» на смежном магнитопроводе, как в симметрирующем трансформаторе, отличающийся тем, что три вторых обмотки каждого из магнитопроводов выполнены с N выводами, подключаемыми к соответствующим фазам линии электропередачи через управляемые симисторы, а свободные концы трех третьих обмоток включены согасно-параллельно к трем одинаковым обмоткам однофазного трансформатора, вторичная обмотка которого встречно-последовательно включена между общей точкой свободных концов трех указанных входных обмоток однофазного трансформатора и нулевой шиной линии электропередачи, причем выбор включения соответствующих отводов вторых многоотводных обмоток трехфазного трансформатора через N соответствующих управляемых симисторов к трем фазам линии электропередачи осуществляется автоматически с помощью трех одинаковых систем автоматического регулирования из электронных устройств контроля силы токов в каждой фазе и напряжений в них в начале линии электропередачи, а также с помощью трех раздельных двухпетлевых систем автоподстройки с преобразованием управляющих аналоговых сигналов в цифровые коды с последующей их дешифрацией с числом каналов N на выходах каждого из дешифраторов, связанных с управляемыми симисторами через N оптопар.

2. Модуль интеллектуальной электроэнергетики по п. 1, в котором система автоматического регулирования, входящая в состав модуля, включает устройство измерения тока фазы I, выполненное из последовательно соединенных трансформатора тока и выпрямителя с фильтром нижних частот, измерителя напряжения U₁ переменного тока в начале линии электропередачи, измерителя напряжения r⋅I, падающего в фазном проводнике с известным сопротивлением r в данной линии электропередачи, двух формирователей постоянных напряжений-эквивалентов разностного напряжения U₁ - r⋅I и стабилизируемого напряжения U₂ в конце фазного проводника линии электропередачи, а также аналогового сумматора, на первый вход которого подан эквивалент напряжения k r I, а на второй - эквивалент напряжения k (U₂-U₁+ r⋅I) после сравнения указанных напряжений-эквивалентов на операционном усилителе, при этом аналоговый сигнал с выхода сумматора преобразуется в аналого-цифровом преобразователе с m двоичными разрядами, выход которого связан с двоичным дешифратором на N=2^m выходов, подключенных через N оптопар соответственно к N управляемым симисторам, катоды которых подключены к отводам второй вторичной обмотки силового трансформатора данной фазы, а аноды укреплены на охлаждающей пластине для всех N управляемых симисторов, подключенной к проводнику данной фазы.