Способ управления фазоповоротным устройством
METHOD FOR CONTROLLING PHASE-SHIFTING DEVICE

Область техники
Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к управлению фазоповоротными устройствами (ФПУ). ФПУ представляет собой высоковольтный электротехнический комплекс для изменения фазы напряжения, включаемый последовательно в линию электропередачи (ЛЭП). ФПУ могут использоваться в электрических сетях с напряжением 110…1150 кВ для гибкого регулирования потоков активной и реактивной мощности, повышения пропускной способности существующих линий и повышения динамической устойчивости энергетической системы за счет ступенчатого регулирования модуля и фазы напряжения на выходе ФПУ.
Уровень техники
ФПУ известны и имеют в своем составе два трансформатора: сериесный и шунтовой, а также коммутатор обмоток трансформаторов, выполненный, например, на тиристорах, и включенный между шунтовым и сериесным трансформатором [см., например, пат. RU 106060]. Каждая фаза тиристорного коммутатора содержит ряд последовательно соединенных тиристорных мостов. Тиристорный мост состоит из четырех двунаправленных тиристорных ключей, осуществляющих коммутацию (подключение в прямой либо обратной полярности или отключение) вторичной обмотки шунтового трансформатора, которая включена в диагональ моста (далее - шунтовая обмотка). Вторичные обмотки сериесного трансформатора включаются в рассечку фаз линии электропередачи, и вносимые ими напряжения и фазовые сдвиги, в зависимости от управляющего воздействия, могут принимать конечное число значений, называемых состояниями ФПУ и определяемых количеством и полярностью шунтовых обмоток, введенных в первичную цепь сериесного трансформатора с помощью тиристорного коммутатора. Каждому управляющему воздействию соответствует определенное подключение шунтовых обмоток и определенный набор состояний ключей мостов тиристорного коммутатора. Следовательно, каждому управляющему воздействию соответствует определенное значение выходного тока ФПУ. Взаимосвязь между исходным состоянием ФПУ и конечным состоянием, определяемым величиной требуемого выходного тока, определяется маршрутом переключения. Переход от ранее заданного начального состояния ФПУ к вновь задаваемому конечному состоянию может осуществляться как сразу (за один этап), так и через промежуточные состояния (за несколько этапов). В общем случае такой переход является поэтапным с числом этапов 1 и более и обеспечивается соответствующей поэтапной коммутацией шунтовых обмоток тиристорными мостами. Последовательность переключений между состояниями, которую проходит ФПУ при переходе от исходного состояния к конечному, называется последовательностью поэтапного переключения. Каждая последовательность поэтапного переключения характеризуется начальным состоянием ключей мостов тиристорного коммутатора, конечным состоянием и некоторым количеством промежуточных состояний. Изменение управляющего воздействия ФПУ, включенного в ЛЭП, приводит к изменению не только состояния самого ФПУ, но и к изменению параметров режима энергосистемы.
Известен способ управления ФПУ, по которому задают конечное состояние тиристорного коммутатора, вводят ограничения на поэтапное переключение тиристорного коммутатора из текущего состояния в заданное конечное, выбирают допустимую последовательность поэтапного переключения, удовлетворяющую заданным ограничениям, по меньшей мере на величину выходного напряжения фазоповоротного устройства в процессе поэтапной коммутации, измеряют токи тиристорного коммутатора и выполняют его поэтапное переключение в соответствии с выбранной последовательностью, снимают импульсы управления со всех тиристоров одной переключаемой фазы тиристорного коммутатора, фиксируют наличие нулевого тока в переключаемой фазе тиристорного коммутатора в течение временного интервала, длительность которого превышает время восстановления тиристоров, подают импульсы управления на включение тиристоров этой фазы в новое, согласно выбранной последовательности, состояние и проводят последовательное переключение каждой следующей фазы тиристорного коммутатора до окончания процесса переключения всех фаз тиристорного коммутатора в заданное конечное состояние [пат. RU 2577190].
Недостаток прототипа - малое быстродействие, малая точность управления ФПУ, существенное возмущающее воздействие на энергосистему. Управление ФПУ по способу-прототипу не подразумевает коррекции маршрутов переключения ФПУ в соответствии с возможным изменением состояния энергосистемы, следствием чего является усложнение алгоритма смены состояния ФПУ, что приводит к необходимости формирования частых управляющих воздействий на ФПУ для достижения требуемого режима работы энергосистемы, что в свою очередь уменьшает быстродействие, точность и отрицательно влияет на надежность работы энергосистемы.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение быстродействия, точности управления ФПУ и надежности работы энергосистемы за счет коррекции маршрутов переключения ФПУ, использующее вычисление актуальных параметров режима энергосистемы на момент осуществления управления.
Технический результат достигается тем, что в способе управления фазоповоротным устройством путем поэтапного изменения его состояния, использующем задание его конечного состояния, выбор допустимой последовательности поэтапного переключения, удовлетворяющей заданным ограничениям на величину выходного напряжения, измерение токов фазоповоротного устройства, реализацию заданной последовательности управления тиристорным коммутатором фазоповоротного устройства, измеряют напряжения на фазоповоротном устройстве и по измеренным токам и напряжениям фазоповоротного устройства вычисляют эквивалентные параметры линии электропередачи относительно узлов, к которым подключено фазоповоротное устройство, для дополнительной адаптации в реальном времени маршрутов переключения и управления последовательностью переключения фазоповоротного устройства.
Краткое описание фигур
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом фиг. 1, где изображена структура устройства, реализующего способ управления фазоповоротным устройством.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 содержит одиннадцать функциональных блоков.
Блок 1 выбора последовательности переключения своим первым входом подключен к выходу блока 2 задания требуемого состояния фазоповоротного устройства, вторым входом - к выходу блока 3 задания характеристик последовательности переключения, третьим входом - к первому выходу блока 4 управления тиристорным коммутатором. Первый выход блока 1 выбора последовательности переключения подключен к первому входу блока 4 управления тиристорным коммутатором, при этом второй выход блока 4 подключен к входу тиристорного коммутатора 5. В составе тиристорного коммутатора 5 находится блок 6 датчиков тока. Три выхода блока 6 подключены к первому, второму и третьему входам блока 7 слежения за током. К четвертому и пятому входам блока 7 подключены выход блока 8 данных о параметрах силовых компонентов фазоповоротного устройства и третий выход блока 4 управления тиристорным коммутатором. Первый выход блока 7 слежения за током подключен к пятому входу блока 1 выбора последовательности переключения. Второй выход блока 7 слежения за током подключен ко второму входу блока 4 управления тиристорным коммутатором. Входы блоков 2 и 3 подключены к первому и второму выходам блока 9 автоматического управления током ЛЭП соответственно. В составе тиристорного коммутатора 5 находится блок 10 датчиков напряжения. Три выхода блока 10 подключены к второму, третьему и четвертому входам блока 11 коррекции маршрутов переключения. К пятому, шестому и седьмому входам блока 11 подключены первый, второй, третий выходы блока 6 датчиков тока соответственно. К первому входу блока 11 коррекции маршрутов переключения подключен второй выход блока 1 выбора последовательности переключения, а выход блока 11 подключен к четвертому входу блока 1.
Заявляемый способ управления осуществляется следующим образом.
Управление ФПУ обеспечивает его переходы из состояния, называемого начальным, с одними фазовым сдвигом, в другое, задаваемое блоком 9 автоматического управления током ЛЭП состояние, называемое конечным, с другим значением фазового сдвига, вносимого ФПУ. Изменение фазового сдвига ФПУ обеспечивается изменением состава и полярности последовательного включения шунтовых обмоток в каждой фазе тиристорного коммутатора 5 за счет соответствующих переключений тиристорных мостов коммутатора 5.
В исходном положении блок 4 вырабатывает импульсы управления тиристорным коммутатором 5, поддерживающие ранее заданное блоком 2 требуемое состояние тиристорных мостов коммутатора 5. При этом блок 1 выбора последовательности переключения постоянно следит за входом, на который поступает сигнал о задаваемом (с выхода блока 2) состоянии ФПУ, и в случае его отличия от предыдущего значения начинается очередной процесс переключения.
В ходе этого процесса блок выбора последовательности переключения 1, используя информацию, поступающую с блоков 2 и 3, заданную в свою очередь с блока 9 автоматического управления током ЛЭП, а также используя актуальную информацию о параметрах режима энергосистемы, поступающую с блока 11 коррекции маршрутов переключения, выбирает последовательность, удовлетворяющую заданным ограничениям, в число которых обязательно входит ограничение величины выходных напряжений ФПУ в процессе поэтапной коммутации обмоток. После выбора последовательности блок 1 формирует допустимые промежуточные состояния ФПУ, которые обеспечивают переход из начального состояния во вновь заданное конечное, а блок 4 вырабатывает сигналы управления тиристорами коммутатора 5, которые обеспечивают реализацию выбранной последовательности переключений в реальном времени.
Блок 9 автоматического управления током ЛЭП, через блок 3 задания характеристик последовательности переключения, может задавать блоку 1 дополнительные ограничения, например, на число переключений шунтовых обмоток, на число переключений тиристоров, на суммарно накопленный фазовый сдвиг при поэтапной коммутации ФПУ.
Безаварийная смена состояния ФПУ подразумевает в том числе и безаварийную смену состояний мостов тиристорного коммутатора 5, для чего необходима реализация слежения за токами мостов коммутатора 5. Задачу слежения за токами мостов коммутатора 5 осуществляет блок 7 на основе информации, поступающей с блока 6 датчиков тока и блока 8 данных о параметрах силовых компонентов фазоповоротного устройства. В функции блока 7 слежения за током входит еще и задача оценки достижения требуемого тока ЛЭП, который был задан блоком 9 автоматического управления током ЛЭП в блок 2 задания требуемого состояния фазоповоротного устройства. В случае достижения требуемого тока ЛЭП смена состояния прекращается, в противном случае смены состояний продолжаются до достижения требуемого результата, либо до достижения крайнего состояния ФПУ.
В отличие от прототипа предлагаемый способ управления позволяет производить коррекцию маршрутов переключения ФПУ в зависимости от параметров режима энергосистемы. Под параметрами режима энергосистемы подразумеваются эквивалентные параметры линии электропередачи относительно узлов, к которым подключено ФПУ, рассчитываемые в блоке 11, на основе измеренных значений токов и напряжений, поступающих с блоков 6 датчиков тока и 10 датчиков напряжения соответственно при различных состояниях ФПУ.
Изменения режима энергосистемы, например, связанные с изменением нагрузок, подключенных к узлам линии электропередачи с установленным ФПУ, приведут к изменению режима работы линии электропередачи (при том же самом управляющем воздействии на ФПУ). Корректировка маршрутов переключения в блоке 11, использующая актуальную информацию о параметрах режима энергосистемы, позволит адаптировать управление ФПУ, реализуемое в блоке 1, к изменениям параметров режима энергосистемы, что приведет к увеличению быстродействия и точности управления ФПУ, а также повышению надежности работы энергосистемы.
Таким образом, осуществление совокупности признаков заявляемого способа управления ФПУ обеспечивает достижение указанного технического результата.