Способ управления потоками мощности посредством векторного регулирования напряжения в узлах нагрузки и устройство, его реализующее

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматического управления режимом электросети с распределённой генерацией. Техническим результатом является обеспечение регулирования параметров векторов напряжения и упрощения алгоритма управления потоком мощности. В способе управления потоками мощности посредством векторного регулирования напряжения в узлах нагрузки, позволяющем передавать между линиями переменный ток при заданных в линии передачи напряжении и основной частоте, формируют переменное напряжение основной частоты с изменяемой амплитудой и регулируемым фазовым углом, подают формируемое переменное напряжение последовательно в одну из линий передачи, в котором, согласно предложению, величину и фазовый угол напряжения регулируют в точке подключения дополнительного реактивного сопротивления узла нагрузки с известным импедансом для обеспечения на нём напряжения с заданными параметрами, не зависящими от режимов работы линий передачи для подстройки эффективных значений реактивной и активной мощности, передаваемой между двумя узлами линии передачи. Устройство для реализации указанного способа включает в себя блок последовательных трансформаторов, который содержит для каждой из фаз линии передачи последовательный трансформатор с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем вторичная обмотка выполнена с возможностью последовательного подключения в соответствующую фазу линии электропередачи; блок трансформаторов напряжения, который содержит для каждой из фаз линии электропередачи трансформатор напряжения с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем первичная обмотка выполнена с возможностью подключения между линией электропередачи и землей; блок реактивных сопротивлений, представляющий собой полупроводниковые преобразователи параметров напряжений с регулируемым выходным импедансом для каждой фазы линии передачи; блок управления, управляющий значениями выходного импеданса полупроводниковых преобразователей параметров напряжений с входом задающих параметров удалённого управления, в который, согласно предложению, введен блок нерегулируемых реактивных сопротивлений, содержащих для каждой из фаз линии передачи однофазное реактивное сопротивление с известным импедансом. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для автоматического управления режимом электросети с распределённой генерацией.

В сети со сложной структурой (в том числе замкнутой) с большим количеством источников генерации и потребителей векторное регулирование напряжений в заданных узлах позволит оптимизировать загрузку линий и режимы работы сети. Путем изменения параметров векторов напряжения в узловых точках можно перераспределить потоки мощности между линиями. Как частный случай векторного регулирования - полное отсутствие тока в линии без физического разрыва цепи линии электропередачи.

Известны способы векторного регулирования, обеспечиваемые источниками реактивной мощности (ИРМ), вольтодобавочными трансформаторами и другими устройствами, изменяющими режимы работы сети в точке их присоединения. Однако ни одно из существующих, не выполняет векторное регулирование независимо от режима работы самой сети. Мощность статических ИРМ меняется в зависимости от величины напряжения, как и вольтодобавочных трансформаторов, т.е. их регулирующий эффект не является жестким, а синхронные машины крайне редко используются для регулирования, в особенности на стороне низкого напряжения.

Известен способ управления режимом электропередачи [Патент RU 2025017 C1] повышающий эффективность управления по напряжению и реактивной мощности, что достигается регулированием ЭДС последовательных трансформаторов, включаемых в рассечку линии электропередачи на ее отправном и приемном концах. Обмотка возбуждения линейного трансформатора включается на напряжение линии и соединяется последовательно с шунтирующим реактором. Изменение МДС намагничивания линейного трансформатора производится переключением ответвлений обмотки возбуждения. ЭДС линейной обмотки, пропорциональная МДС намагничивания, изменяет напряжение линии электропередачи (фиг. 1).

К недостаткам данного способа следует отнести:

- обеспечение только дискретного регулирования;

- регулирование реактивной мощности ограничено допустимым диапазоном изменения напряжения ВЛ, который существенно меняется, особенно в аварийных режимах;

- отсутствует возможность регулирования потока активной мощности;

- необходимость установки двух удалённых линейных трансформаторов с шунтирующими реакторами на разных концах линии электропередачи и необходимость измерения напряжений в удалённых точках подключения оборудования при снижении помехозащищённости передаваемых данных в режиме регулирования электропередачи в реальном времени, а также зависимость регулировочной характеристики от режима работы сети электроснабжения.

Соответственно приведённые аналоги решения не могут реализовать жесткую функцию регулирования потоков мощности.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство и способ управления потоком мощности в линии электропередачи [Патент RU 2393608 C2]. В устройстве, представленном на фиг. 2, для управления потоком мощности в трехфазной линии передачи переменного тока содержатся блок последовательных трансформаторов, блок трансформаторов напряжения и блок реактивных сопротивлений, последовательно подключенных между вторичной обмоткой трансформатора напряжения и землей, а первичная обмотка последовательного трансформатора каждой из фаз подключена к определенным точкам подключения между управляемыми реактивными сопротивлениями двух других фаз линии электропередачи. Способ управления потоком мощности в системе электропередачи, позволяющий передавать между линиями переменный ток при заданных в линии передачи напряжении и основной частоте, заключающийся в том, что формируют из передаваемых переменных токов, протекающих в линиях передачи, по меньшей мере, два переменных напряжения основной частоты с изменяемой амплитудой и регулируемым фазовым углом, относительно тока линии передачи, подают формируемое переменное напряжение последовательно в одну из упомянутых линий передачи, и регулируют амплитуду и фазу каждого переменного напряжения для подстройки эффективных значений реактивной и активной составляющих импеданса для каждой из линий передачи и для регулирования активной мощности, передаваемой между двумя концами упомянутой линии передачи.

Устройство для управления потоком мощности в трехфазной линии электропередачи переменного тока содержит блок (10) последовательных трансформаторов, который содержит для каждой из фаз линии электропередачи последовательный трансформатор с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем вторичная обмотка выполнена с возможностью последовательного подключения в соответствующую фазу линии электропередачи; блок (20) трансформаторов напряжения, который содержит для каждой из фаз линии электропередачи трансформатор напряжения с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем первичная обмотка выполнена с возможностью подключения между линией электропередачи и землей, отличающееся тем, что блок (30) реактивных сопротивлений, включающий в себя для каждой из фаз линии электропередачи первое управляемое реактивное сопротивление (31) и второе управляемое реактивное сопротивление (32), и блок 40 управления, управляющий значениями реактивных сопротивлений для регулируемых реактивных сопротивлений, со входом задающих параметров удалённого управления.

Недостатками данного способа являются:

- при малых токах нагрузки регулирующий эффект будет отсутствовать;

- между точками подключения заземлений блоков реактивных сопротивлений 30 и последовательных трансформаторов 10 будет иметь место разность потенциалов, величина которой зависит от состояния заземления, вносящего существенную погрешность в управление потоками и не может быть скомпенсирована в динамическом режиме;

- отсутствует возможность отключения линии без физического разрыва цепи линии передачи; необходимость осуществления контроля величины и фазовых углов токов линий для подстройки эффективных значений реактивной и активной составляющих импеданса для каждой из линий передачи и для регулирования передаваемой активной мощности.

Недостатки способа и устройства его реализующего устраняются предлагаемым решением.

Решаемая задача - совершенствование известного способа и устройства для его реализации в части повышения эффективности первого и упрощения второго.

Технический результат для способа заключается в исключении оперирования величинами параметров токов и переходу к регулированию параметров векторов напряжений, упрощении алгоритмов управления потоками мощности.

Этот технический результат достигается тем, что в способе управления потоками мощности посредством векторного регулирования напряжения в узлах нагрузки, позволяющем передавать между линиями переменный ток при заданных в линии передачи напряжении и основной частоте, формируют переменное напряжение основной частоты с изменяемой амплитудой и регулируемым фазовым углом, подают формируемое переменное напряжение последовательно в одну из линий передачи, при этом, согласно предложению, исключается измерение токов линий передачи, а величину и фазовый угол напряжения регулируют в точке подключения дополнительного реактивного сопротивления узла нагрузки с известным импедансом для обеспечения на нём напряжения с заданными параметрами, не зависящими от режимов работы линий передачи для подстройки эффективных значений реактивной и активной мощности, передаваемой между двумя узлами линии передачи.

На фиг. 3 приведена структурная схема устройства для реализации способа управления потоками мощности посредством векторного регулирования напряжения в узлах нагрузки. Устройство состоит из блока (10) последовательных трансформаторов, который содержит для каждой из фаз линии передачи последовательный трансформатор с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем вторичная обмотка выполнена с возможностью последовательного подключения в соответствующую фазу линии электропередачи; блока (20) трансформаторов напряжения, который содержит для каждой из фаз линии электропередачи трансформатор напряжения с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем первичная обмотка выполнена с возможностью подключения между линией электропередачи и землей; блока (30) реактивных сопротивлений; блока (40) управления, управляющего значениями реактивных сопротивлений со входом задающих параметров удалённого управления (УУ). В устройство введён блок (50) реактивных сопротивлений, который содержит для каждой из фаз линии передачи однофазное реактивное сопротивление с известным импедансом.

Способ осуществляют следующим путём. В линию передачи электроэнергии между узлами 1 и 2 установлено предлагаемое устройство Р, позволяющее изменять параметры напряжения в точке b относительно нейтрали. Реактивное сопротивление 50 обладает импедансом Z. Регулирование величины и фазового угла напряжения на первичной обмотке последовательного трансформатора посредством блока 30 обеспечивает изменение величины и фазового угла напряжения в точке b, а, следовательно, регулирование величины и фазового угла на реактивном сопротивлении 50 (). При заданном импедансе происходит регулирование величины и фазового угла тока линии передачи между узлами 1 и 2, что и является векторным регулированием.

Изменение величин и характеров токов зависит от параметров напряжений в узлах a и b линий электропередачи:

Следовательно, предлагаемый способ обеспечивает регулирование параметров тока в линии электропередачи с установленным устройством управления потоками мощности.

Изложенное не вызывает сомнений и происходит в строгом соответствии с теорией электрических цепей. Такое решение очевидно, позволяет отказаться от оперирования величинами параметров токов и перейти к параметрам векторов напряжений.

Если сеть имеет сложную структуру (в том числе замкнутую) с большим количеством источников генерации и потребителей, то векторное регулирование напряжений в заданных узлах позволит оптимизировать загрузку линий и режимы работы сети. Путем изменения параметров векторов напряжения в узловых точках можно перераспределить потоки мощности между линиями. Как частный случай векторного регулирования - полное отсутствие тока в линии без физического разрыва цепи ().

Таким образом, диапазон регулирования потоков мощности составляет 100% и не достижим ни одним из известных способов, а режим с полным снятием нагрузки линии () является штатным.

При соблюдении условия поддержания допустимого отклонения напряжения на нагрузке +5% от номинального значения посредством регулирования параметров напряжения последовательного трансформатора ток нагрузки остаётся практически постоянным и происходит перераспределение токов питающих линий передачи.

Способ регулирования величины и фазового угла тока линии I иллюстрирует векторная диаграмма (Фиг. 4), построенная при известных соотношениях активных и реактивных составляющих Z.

Принятые обозначения: действующее напряжение сети в узле 2 Ua; действующее напряжение Ub в точке b для текущего значения потребляемого тока; падение напряжения на активной составляющей UR комплексного сопротивления Z; падение напряжения на реактивной составляющей UL; действующее значение суммарного падения напряжения на комплексном сопротивлении UZ; ток линии iS; заданный фазовый угол φL потребляемого/отдаваемого тока линии; фазовый угол α между векторами напряжений Ua и Ub.

Регулирование величины тока осуществляется путём задания геометрического места точек конца вектора Ub на гипотенузе треугольника АВС (формируются подобные треугольники при сохранении соотношений длин катетов). Регулирование фазового угла тока φL – путём поворота того же треугольника – формирование вектора Ub с концом в вершине А, находящейся на дуге описываемой окружности, с параметрами не зависящими от параметров линий передачи и режимов их работы.

Таким образом - за счет векторного регулирования напряжения в одной или нескольких точках сети по заданному алгоритму можно достичь экстремума целевой функции - минимума потерь, разгрузки заданной линии или даже ее участка, снижения влияния резкопеременной и нелинейной нагрузки на качество электроэнергии в точке подключения чувствительной нагрузки. Целевых функций, как и ограничений (в том числе и системных) может быть несколько.

Устройство, реализующее способ управления потоками мощности посредством векторного регулирования напряжения в узлах нагрузки, представлено на фиг. 3 и содержит: блок (10) последовательных трансформаторов, который содержит для каждой из фаз линии передачи последовательный трансформатор с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем вторичная обмотка выполнена с возможностью последовательного подключения в соответствующую фазу линии электропередачи; блока (20) трансформаторов напряжения, который содержит для каждой из фаз линии электропередачи трансформатор напряжения с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем первичная обмотка выполнена с возможностью подключения между линией электропередачи и землей; блока (30) реактивных сопротивлений, отличающегося тем, что представляет из себя полупроводниковые преобразователи параметров напряжений с регулируемым выходным импедансом для каждой фазы линии передачи; блока (40) управления, управляющего значениями выходного импеданса полупроводниковых преобразователей параметров напряжений с входом задающих параметров удалённого управления, в которое введён блок (50) нерегулируемых реактивных сопротивлений, содержащих для каждой из фаз линии передачи однофазное реактивное сопротивление с известным импедансом.

Устройство Р на фиг. 3, реализующее способ управление потоками мощности посредством векторного регулирования напряжения в узлах нагрузки, работает следующим образом. Блок 20 трансформаторов напряжений обеспечивает питание блока 30 полупроводниковых преобразователей параметров напряжений, параметры величины и фазового угла напряжений которых задаются по цепи удалённого управления, при этом блок 30 обеспечивает поддержание заданных параметров напряжений на сопротивлениях блока 50 посредством связи через последовательные трансформаторы 10. Поддержание постоянства напряжений на элементах блока 50 обеспечивает протекание токов линий передачи с заданными параметрами независимо в каждой из фаз линии передачи, что дополнительно позволяет компенсировать несимметрию токов фаз линии передачи.

Сравнение заявленного изобретения с прототипом позволило установить, что оно отличается от прототипа дополнительным блоком нерегулируемых реактивных сопротивлений, посредством векторного регулирования напряжения на котором осуществляется управление потоками мощности, следовательно, соответствует критерию “новизна”.

1. Способ управления потоками мощности посредством векторного регулирования напряжения в узлах нагрузки, позволяющий передавать между линиями переменный ток при заданных в линии передачи напряжении и основной частоте, при котором формируют переменное напряжение основной частоты с изменяемой амплитудой и регулируемым фазовым углом, подают формируемое переменное напряжение последовательно в одну из линий передачи, отличающийся тем, что величину и фазовый угол напряжения регулируют в точке подключения дополнительного реактивного сопротивления узла нагрузки с известным импедансом для обеспечения на нём напряжения с заданными параметрами, не зависящими от режимов работы линий передачи для подстройки эффективных значений реактивной и активной мощности, передаваемой между двумя узлами линии передачи.

2. Устройство, реализующее способ по п. 1, включающее в себя блок последовательных трансформаторов, который содержит для каждой из фаз линии передачи последовательный трансформатор с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем вторичная обмотка выполнена с возможностью последовательного подключения в соответствующую фазу линии электропередачи; блок трансформаторов напряжения, который содержит для каждой из фаз линии электропередачи трансформатор напряжения с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем первичная обмотка выполнена с возможностью подключения между линией электропередачи и землей; блок реактивных сопротивлений, представляющий собой полупроводниковые преобразователи параметров напряжений с регулируемым выходным импедансом для каждой фазы линии передачи; блок управления, управляющий значениями выходного импеданса полупроводниковых преобразователей параметров напряжений с входом задающих параметров удалённого управления, отличающееся тем, что в него введён блок нерегулируемых реактивных сопротивлений, содержащих для каждой из фаз линии передачи однофазное реактивное сопротивление с известным импедансом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при передачи мощности постоянного тока высокого и сверхвысокого напряжения. Техническим результатом является обеспечение регулирования мощности разными клапанами при регулировании тока с помощью последовательных клапанов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрической системе (1) для трехфазной цепи переменного тока. Технический результат заключается в обеспечении технологичности обслуживания, повышении безопасности и эффективности переключения обмоток трансформатора электрической системы.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в обеспечении точного и плавного переключения системы адаптивной передачи постоянного тока из состояния изолированной работы в состояние сетевой работы и достигается за счет использования способа переключения с пассивного секционирования на подключение к энергосистеме для системы передачи ПТВН-ПНВ.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение управления напряжением вторичной станцией с активированием вспомогательной функции управления для восполнения недостатка мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для передачи электроэнергии постоянным током высокого и сверхвысокого напряжения. Техническим результатом является обеспечение выполнения функции быстрого и эффективного регулирования частоты на стороне инвертора и эффективного регулирования частоты на стороне инвертора в случае сбоя межстанционной связи.

Изобретение относится к области электроэнергетики. Подстанция электропередачи постоянного тока содержит полуцепи электропередачи, подключенные к заземлению через выключатели.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроэнергетике. Техническим результатом является устранение нарушения коммутации и обеспечение стабильности передачи постоянного тока при наличии переходной помехи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для формирования преобразователя. Техническим результатом является уменьшение потерь мощности при коммутации за счет генерирования отрицательных напряжения для двухполярного тока.

Использование – в областях электротехники, энергетики. Технический результат – повышение надежности подстанции двухветвевой электропередачи постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обеспечения интерфейса между сетью питания переменного тока и сетью постоянного тока, такой как микросеть постоянного тока для освещения.

Использование: в области электроэнергетики, в системах управления устройств (1), выполняющих функцию симметрирования трехфазного напряжения, например тиристорно-реакторных групп (ТРГ) статических тиристорных компенсаторов (СТК) или транзисторных преобразователей в составе СТАТКОМов.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности, построенными на основе тиристорных преобразователей.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности в энергосистемах. Технический результат - уменьшение массогабаритных показателей, стоимости и увеличение кпд устройств управления емкостью управляемых конденсаторных групп.

Использование - в области электротехники. Технический результат - снижение чувствительности величины реактивного сопротивления устройства к разбросу его параметров, уменьшение массогабаритных показателей и стоимости, а также расширение областей применения устройства.

Изобретение относится к электротехнике и используется в электросистемах. На сердечнике (3) расположены две параллельные обмотки (1) и (2), в их земляные выводы включены разнонаправленные диоды (4,5), которые шунтированы выключателем (6) или тиристором(8).

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности в энергосистемах. Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение КПД, уменьшение массогабаритных показателей и стоимости тиристорно-переключаемых конденсаторных групп.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности, построенными на основе тиристорных преобразователей.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в электрических сетях в устройствах поперечной компенсации для управления реактивной мощностью с целью уменьшения потерь электрической энергии и регулирования напряжения в местах установки данных устройств в линию электропередачи (ЛЭП).

Использование: в области электроэнергетики и электротехники. Технический результат - достижение минимальных показателей искажения тока и оперативное реагирование на изменения гармонического состава тока.

Устройство аналогового датчика реактивной составляющей переменного тока относится к измерительной техники и может быть применено в качестве датчика реактивной составляющей переменного тока при автоматическом или ручном управлении реактивной мощностью узла нагрузки системы электроснабжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматического управления режимом электросети с распределённой генерацией. Техническим результатом является обеспечение регулирования параметров векторов напряжения и упрощения алгоритма управления потоком мощности. В способе управления потоками мощности посредством векторного регулирования напряжения в узлах нагрузки, позволяющем передавать между линиями переменный ток при заданных в линии передачи напряжении и основной частоте, формируют переменное напряжение основной частоты с изменяемой амплитудой и регулируемым фазовым углом, подают формируемое переменное напряжение последовательно в одну из линий передачи, в котором, согласно предложению, величину и фазовый угол напряжения регулируют в точке подключения дополнительного реактивного сопротивления узла нагрузки с известным импедансом для обеспечения на нём напряжения с заданными параметрами, не зависящими от режимов работы линий передачи для подстройки эффективных значений реактивной и активной мощности, передаваемой между двумя узлами линии передачи. Устройство для реализации указанного способа включает в себя блок последовательных трансформаторов, который содержит для каждой из фаз линии передачи последовательный трансформатор с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем вторичная обмотка выполнена с возможностью последовательного подключения в соответствующую фазу линии электропередачи; блок трансформаторов напряжения, который содержит для каждой из фаз линии электропередачи трансформатор напряжения с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем первичная обмотка выполнена с возможностью подключения между линией электропередачи и землей; блок реактивных сопротивлений, представляющий собой полупроводниковые преобразователи параметров напряжений с регулируемым выходным импедансом для каждой фазы линии передачи; блок управления, управляющий значениями выходного импеданса полупроводниковых преобразователей параметров напряжений с входом задающих параметров удалённого управления, в который, согласно предложению, введен блок нерегулируемых реактивных сопротивлений, содержащих для каждой из фаз линии передачи однофазное реактивное сопротивление с известным импедансом. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх