УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТАТИЧЕСКОГО СИНХРОННОГО КОМПЕНСАТОРА
DEVICE TO MODEL STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR

Изобретение относится к области моделирования объектов электрических систем и может быть использовано для воспроизведения в реальном времени непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов в статическом синхронном компенсаторе в специализированных многопроцессорных программно-технических системах гибридного типа, предназначенных для всережимного моделирования в реальном времени электроэнергетических систем.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для моделирования статического синхронного компенсатора реактивной мощности [Кошелев К.С. Исследование и разработка средств защиты статического компенсатора реактивной мощности с цифровой системой управления: Дисс. на соискание степени канд. техн. наук. - М.: МЭИ (ТУ), 2008. - 191 с., стр.49-51], содержащее блок моделирования трансформатора, блок моделирования токоограничивающего устройства, блок моделирования реакторов, блок моделирования статического преобразователя напряжения, блок моделирования цепи постоянного тока, два блока продольной коммутации, три блока измерения и блок управления.
Блок моделирования трансформатора подключен к электрической сети через первый блок продольной коммутации, а к блоку моделирования токоограничивающего устройства и к первому блоку измерения через второй блок продольной коммутации, к блоку моделирования токоограничивающего устройства через второй блок измерения подключен блок моделирования реакторов, к которому подключен блок моделирования статического преобразователя напряжения, к блоку моделирования статического преобразователя напряжения подключены блок моделирования цепи постоянного тока, третий блок измерения и блок управления, к которому подключены все три блока измерения.
Недостатками этого устройства являются невозможность автоматизированного и автоматического управления параметрами элементов моделируемого статического синхронного компенсатора, сложность моделирования аварийных режимов работы, невозможность исследования влияния работы устройства статического синхронного компенсатора на работу крупной энергосистемы.
Задачей изобретения является создание устройства для моделирования статического синхронного компенсатора с изменяемыми параметрами.
В заявленном устройстве для моделирования статического синхронного компенсатора, также как в прототипе, содержатся: блок моделирования реакторов, блок моделирования статического преобразователя напряжения, блок моделирования цепи постоянного тока, блок продольной коммутации.
Согласно изобретению цифровые входы-выходы блока микропроцессоров, соединенного с персональным компьютером/сервером, подключены к цифровым входам блока моделирования реакторов, блока цифроуправляемой продольной коммутации, первого и второго блоков цифроуправляемой поперечной коммутации, блока моделирования статического преобразователя напряжения, блока моделирования цепи постоянного тока, блока моделирования фильтра, к цифровому входу-выходу блока многоканального аналого-цифрового преобразования, одни аналоговые входы которого являются входами устройства, а другие подключены к блоку моделирования цепи постоянного тока и к блоку моделирования реакторов. Выходы блока моделирования реакторов соединены с входами шести преобразователей напряжение-ток, с входами блока моделирования фильтра, остальные входы которого являются фазными входами устройства. Выходы блока моделирования фильтра, являющиеся фазными выходами устройства, соединены с входами блока моделирования реакторов. Выходы трех преобразователей напряжение-ток соединены с входами блока моделирования реактора, с первым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и с блоком цифроуправляемой продольной коммутации, соединенного с фазными входами-выходами устройства. Выходы четвертого, пятого и шестого преобразователей напряжение-ток соединены с входами блока моделирования реактора, со вторым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и с блоком моделирования статического преобразователя напряжения, который соединен с входами-выходами устройства, с входами и входами-выходами блока моделирования цепи постоянного тока и выходами трех преобразователей напряжение-ток, входы которых соединены с выходами блока моделирования цепи постоянного тока.
Предложенное устройство позволяет обеспечивать всережимное моделирование в реальном времени и на неограниченном интервале процессов, протекающих в статическом синхронном компенсаторе, автономно или в составе моделей энергосистем, в том числе при автоматизированном и функциональном автоматическом управлении параметрами, при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для моделирования статического синхронного компенсатора.
На фиг.2 изображена структурная схема блока моделирования реакторов.
На фиг.3 изображена структурная схема блока моделирования статического преобразователя напряжения.
На фиг.4 представлена структурная схема блока моделирования цепи постоянного тока.
На фиг.5 изображена структурная схема блока моделирования фильтра.
Устройство для моделирования статического синхронного компенсатора (фиг.1) содержит блок микропроцессоров 1 (БМ), цифровые входы-выходы которого подключены к цифровым входам блока моделирования реакторов 2 (БМР), блока моделирования статического преобразователя напряжения 3 (БМСПН), блока моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ), блока моделирования фильтра 5 (БМФ), блока цифроуправляемой продольной коммутации 6 (БЦПрК1), блоков цифроуправляемой поперечной коммутации 7 (БЦПоК1) и 8 (БЦПоК2) и к цифровому входу-выходу блока многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП). Блок микропроцессоров 1 (БМ) подключен к персональному компьютеру/серверу по компьютерной сети. К выходам блока моделирования реакторов 2 (БМР) подключены входы преобразователей напряжение-ток 10 (ПНТ1), 11 (ПНТ2), 12 (ПНТ3), 13 (ПНТ4), 14 (ПНТ5), 15 (ПНТ6), входы блока моделирования фильтра 5 (БМФ) и входы блока многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП). Выходы преобразователей напряжение-ток 10 (ПНТ1), 11 (ПНТ2) и 12 (ПНТ3) подключены к входам блока моделирования реакторов 2 (БМР) и к входам-выходам блоков цифроуправляемой продольной 6 (БЦПрК1) и поперечной 7 (БЦПоК1) коммутаций. Выходы преобразователей напряжение-ток 13 (ПНТ4), 14 (ПНТ5), 15 (ПНТ6) подключены к соответствующим входам блока моделирования реакторов 2 (БМР), к входам-выходам блока моделирования статического преобразователя напряжения 3 (БМСПН) и к входам-выходам блока цифроуправляемой поперечной коммутации 8 (БЦПоК2). Входы-выходы блока цифроуправляемой продольной коммутации 6 (БЦПрК1) являются фазными входами-выходами устройства. Входы-выходы блока моделирования статического преобразователя напряжения 3 (БМСПН) соединены с входами и входами-выходами блока моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ), с выходами преобразователей напряжение-ток 16 (ПНТ7), 17 (ПНТ8) и 18 (ПНТ9) и одновременно являются физическими входами-выходами устройства для подключения к устройствам моделирования другого оборудования энергосистем, например, реакторов или таких же статических синхронных компенсаторов. К выходам блока моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ) подключены входы преобразователей напряжение-ток 16 (ПНТ7), 17 (ПНТ8) и 18 (ПНТ9) и входы блока многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП). Входы блока моделирования фильтра 5 (БМФ) являются фазными входами устройства, а выходы, подключенные к входам блока моделирования реакторов 2 (БМР), являются фазными выходами устройства. Блок многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП) имеет входы, которые подключают к выходам внешних устройств, например выходам модели трансформатора.
Блок моделирования реакторов 2 (БМР) содержит (фиг.2) блоки реализации уравнений реактора фаз А19 (БРУРФА), В20 (БРУРФВ) и С21 (БРУРФС), цифровые входы которых подключены к цифровым входам-выходам блока микропроцессоров 1 (БМ). Выходы блока реализации уравнений реактора фаз А19 (БРУРФА) подключены к входам преобразователей напряжение-ток 10 (ПНТ1) и 13 (ПНТ4), к входу блока моделирования фильтра 5 (БМФ) и к входам блока многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП). Входы блока реализации уравнений реактора фазы А19 (БРУРФА) подключены к входам-выходам блока цифроуправляемой продольной коммутации 6 (БЦПрК1), к входам-выходам блоков цифроуправляемой поперечной коммутации 7(БЦПоК1) и 8 (БЦПоК2), к входам-выходам блока моделирования статического преобразователя напряжения 3 (БМСПН), к выходам преобразователей напряжение-ток 10 (ПНТ1) и 13 (ПНТ4), к выходу блока моделирования фильтра 5 (БМФ) и к входам блока многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП). Блоки реализации уравнений реактора фаз В 20 (БРУРФВ) и С21 (БРУРФС) аналогичным образом соединены с блоком моделирования фильтра 5 (БМФ), с блоком цифроуправляемой продольной коммутации 6 (БЦПрК1), с блоками цифроуправляемой поперечной коммутации 7 (БЦПоК1) и 8 (БЦПоК2), с блоком моделирования статического преобразователя напряжения 3 (БМСПН) и с блоком многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП). К блоку реализации уравнений реактора фаз В 20 (БРУРФВ) соответственно подключены преобразователи напряжение-ток 11 (ПНТ2) и 14 (ПНТ5), а к блоку реализации уравнений реактора фаз С 21 (БРУРФС) - преобразователи напряжение-ток 12 (ПНТ3) и 15 (ПНТ6).
Блок моделирования статического преобразователя напряжения 3 (БМСПН) содержит (фиг.3) блоки фаз статического преобразователя напряжения А22 (БФСПН1), В23 (БФСПН2), С 24 (БФСПН3), которые имеют одинаковую конструкцию. Блок фазы А статического преобразователя напряжения 22 (БФСПН1) состоит из цифроуправляемых ключей 25 (ЦК1), 26 (ЦК2), 27 (ЦК3), 28 (ЦК4), 29 (ЦК5), 30 (ЦК6), цифровые входы которых подключены к цифровым входам-выходам блока микропроцессоров 1 (БМ). Цифроуправляемые ключи 25 (ЦК1), 26 (ЦК2) первой стороной подключены к выходу преобразователя напряжение-ток 13 (ПНТ4), к входу блока моделирования реакторов 2 (БМР) и к входу-выходу блока цифроуправляемой поперечной коммутации 8 (БЦУПоК2). Второй стороной цифроуправляемый ключ 25 (ЦК1) соединен с первой стороной цифроуправляемого ключа 27 (ЦК3), который второй стороной подключен к входу-выходу устройства, соединен с входом и входом-выходом блока моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ), выходу преобразователя напряжение-ток 16 (ПНТ7), блоками фаз В, С статического преобразователя напряжения 23 (БФСПН2), 24 (БФСПН3). Второй стороной цифроуправляемый ключ 25 (ЦК1) также присоединен к первой стороне цифроуправляемого ключа 28 (ЦК4), который второй стороной соединен с первой стороной цифроуправляемого ключа 29 (ЦК5), с входом и входом-выходом блока моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ), с выходом преобразователя напряжение-ток 17 (ПНТ8) и с блоками фаз В, С статического преобразователя напряжения 23 (БФСПН2), 24 (БФСПН3) и подключен к входу-выходу устройства. Цифроуправляемый ключ 26 (ЦК2) второй стороной соединен со второй стороной цифроуправляемого ключа 29 (ЦК5) и с первой стороной цифроуправляемого ключа 30 (ЦК6), который второй стороной подключен к входу-выходу устройства и соединен с входом и входом-выходом блока моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ), с выходом преобразователя напряжение-ток 18 (ПНТ9), и с блоками фаз В, С статического преобразователя напряжения 23 (БФСПН2), 24 (БФСПН3).
Блок фазы В статического преобразователя напряжения 23 (БФСПН2), подключен к выходу преобразователя напряжение-ток 14 (ПНТ5), к входу блока моделирования реакторов 2 (БМР) и к входу-выходу блока цифроуправляемой поперечной коммутации 8 (БЦУПоК2).
Блок фазы С статического преобразователя напряжения 24 (БФСПН3) подключен к выходу преобразователя напряжение-ток 15 (ПНТ6), к входу блока моделирования реакторов 2 (БМР) и к входу-выходу блока цифроуправляемой поперечной коммутации 8 (БЦУПоК2).
Цифровые входы блоков фаз В, С статического преобразователя напряжения 23 (БФСПН2), 24 (БФСПН3) подключены к цифровым входам-выходам блока микропроцессоров 1 (БМ).
Блок моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ) содержит (фиг.4) блок конденсаторов 31 (БК), входы-выходы которого соединены с входом-выходом блока цифроуправляемой продольной коммутации 32 (БЦПрК2). Входы-выходы блока цифроуправляемой продольной коммутации 32 (БЦПрК2) подключены к входам-выходам устройства и соединены с выходами преобразователей напряжение-ток 16 (ПНТ7), 17 (ПНТ8), 18 (ПНТ9), с входами-выходами блока моделирования статического преобразователя напряжения 3 (БМСПН) и с входами блоков реализации уравнений конденсаторов 33 (БРУК1), 34 (БРУК2). Выходы блока реализации уравнений конденсатора 33 (БРУК1) подключены к входу преобразователя напряжение-ток 16 (ПНТ7), к входу блока формирования тока нулевой точки 35 (БФТНТ) и к входам блока многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП). Выходы блока реализации уравнений конденсатора 34 (БРУК2) подключены к входу преобразователя напряжение-ток 18 (ПНТ9), к входам блока многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП) и к выходу блока формирования тока нулевой точки 35 (БФТНТ), выход которого подключен к входу преобразователя напряжение-ток 17 (ПНТ8). Цифровой вход блока цифроуправляемой продольной коммутации 32 (БЦПрК2) и цифровые входы блоков реализации уравнений конденсаторов 33 (БРУК1), 34 (БРУК2) подключены к цифровым входам-выходам блока микропроцессоров 1 (БМ).
Блок моделирования фильтра 5 (БМФ) состоит из (фиг.5) блоков моделирования фильтра фаз А 36 (БМФФА), В 37 (БМФФВ), С 38 (БМФФС), имеющих одинаковую конструкцию. Блок моделирования фильтра фазы А 36 (БМФФА) содержит блок формирования тока фильтра фазы А 39 (БФТФФА), первый вход которого подключен к выходу блока моделирования реакторов 2 (БМР), а второй вход является входом устройства. Выход блока формирования тока фильтра фазы А 39 (БФТФФА) подключен к входу блока реализации уравнений конденсатора 40 (БРУК3) и к входу блока расчета напряжения реактора 41 (БРНР). Выход блока реализации уравнений конденсатора 40 (БРУК3) соединен с входом блока формирования фазного напряжения фильтра 42 (БФФНФ), выход которого соединен с входом блока моделирования реакторов 2 (БМР) и является фазным выходом устройства. Выход блока расчета напряжения реактора 41 (БРНР) соединен с входом блока формирования фазного напряжения фильтра 42 (БФФНФ) и с входом блока реализации уравнений реактора 43 (БРУР), выход которого подключен к входу блока расчета напряжения реактора 41 (БРНР).
Первый вход блока моделирования фильтра фазы В, 37 (БМФФВ) подключен к выходу блока моделирования реакторов 2 (БМР), второй вход является входом устройства, а выход подключен к входу блока моделирования реакторов 2 (БМР) и является фазным выходом устройства.
Первый вход блока моделирования фильтра фазы С, 38 (БМФФС) подключен к выходу блока моделирования реакторов 2 (БМР), второй вход является входом устройства, а выход подключен к входу блока моделирования реакторов 2 (БМР) и является фазным выходом устройства.
Цифровые входы блоков моделирования фильтра фаз В37 (БМФФВ), С38 (БМФФС), блока формирования тока фильтра фазы А39 (БФТФФА), блока реализации уравнений конденсатора 40 (БРУК3), блока расчета напряжения реактора 41 (БРНР), блока реализации уравнений реактора 43 (БРУР) подключены к цифровым входам-выходам блока микропроцессоров 1 (БМ).
Блок микропроцессоров 1 (БМ) реализован с помощью микропроцессоров STM32F207VGT6. Блок многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП) - с помощью аналого-цифровых преобразователей МАХ1324ЕСМ+. Все преобразователи напряжение-ток 10 (ПНТ1), 11 (ПНТ2), 12 (ПНТ3), 13 (ПНТ4), 14 (ПНТ5), 15 (ПНТ6), 16 (ПНТ7), 17 (ПНТ8), 18 (ПНТ9) реализованы микроэлектронными преобразователями напряжение-ток AD534KDZ. Блоки цифроуправляемой продольной коммутации 6 (БЦПрК1) и 32 (БЦПрК2), блоки цифроуправляемой поперечной коммутации 7(БЦПоК1) и 8 (БЦПоК2), блоки фаз статического преобразователя напряжения В 23 (БФСПН2) С 24 (БФСПН3) и цифроуправляемые ключи 25 (ЦК1), 26 (ЦК2), 27 (ЦК3), 28 (ЦК4), 29 (ЦК5), 30 (ЦК6) реализованы с помощью цифроуправляемых аналоговых ключей МАХ4661. Блоки реализации уравнений реакторов фаз А19 (БРУРФА), В20 (БРУРФВ), С21 (БРУРФС), блок реализации уравнений конденсатора 40 (БРУК3) и блок реализации уравнений реактора 43 (БРУР) реализованы по схеме моделирования инерционного звена с суммирующим усилителем на входе, блок формирования тока нулевой точки 35 (БФТНТ), блок формирования тока фазы А фильтра 39 (БФТФФА), блок формирования фазного напряжения фильтра 42 (БФФНФ), блок расчета напряжения реактора 41 (БРНР) реализованы по схемам суммирующих усилителей, блоки реализации уравнений конденсаторов 33 (БРУК1) и 34 (БРУК2) реализованы по схемам моделирования последовательно соединенных дифференцирующего и инерционного звеньев и суммирующими усилителями на входе [Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 384 с: ил.] с помощью микроэлектронных компонентов: цифроаналоговых преобразователей AD5443, операционных усилителей ОР 2177, цифроуправляемых аналоговых ключей МАХ4661. Блок конденсаторов 31 (БК) реализован с помощью конденсаторов КМ6.
Устройство для моделирования статического синхронного компенсатора работает следующим образом.
При включении напряжения питания блок микропроцессоров 1 (БМ) выдает сформированные в этом блоке или полученные с персонального компьютера/сервера управляющие воздействия на цифровые входы блока моделирования реакторов 2 (БМР), блока моделирования статического преобразователя напряжения 3 (БМСПН), блока моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ), блока моделирования фильтра 5 (БМФ), блока цифроуправляемой продольной коммутации 6 (БЦПрК1) и блоков цифроуправляемой поперечной коммутации 7 (БЦПоК1) и 8 (БЦПоК2). Блок моделирования реакторов 2 (БМР), блок моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ) и блок моделирования фильтра 5 (БМФ) выполняют, путем непрерывного неявного интегрирования, решение дифференциальных уравнений, описывающих процессы в реакторах, цепи постоянного тока и фильтре статического синхронного компенсатора.
Блок реализации уравнений реактора фазы А19 (БРУРФА) реализует непрерывное решение дифференциальных уравнений фазы А вида
<mrow><mrow><mo>{</mo><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>U</mi><mrow><mi>L</mi><mi>R</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>A</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>R</mi><mi>A</mi></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mi>R</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>           </mtext><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>R</mi><mi>A</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mi>R</mi><mi>A</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msub><mi>U</mi><mrow><mi>L</mi><mi>R</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mtd></mtr></mtable></mrow><mtext>             (1)</mtext></mrow>
RA
где i - ток фазы А реактора;
A1
U - напряжение на первом конце реактора;
A2
U - напряжение на втором конце реактора;
LRA
U - индуктивное напряжение фазы А реактора;
RA
R - активное сопротивление обмотки реактора фазы А, приведенное к модельной величине;
RA
L - индуктивность обмотки реактора фазы А, приведенная к модельной величине.
На входы блока реализации уравнений реактора фазы А 19 (БРУРФА) поступают необходимые для решения переменные:
напряжение с выхода преобразователя напряжение-ток 10 (ПНТ1);
напряжение с выхода блока моделирования фильтра 5 (БМФ);
напряжение с выхода преобразователя напряжение-ток 13 (ПНТ4), используемое в качестве напряжения на втором конце обмотки реактора.
A1
С помощью цифроуправляемых аналоговых ключей, управляемых блоком микропроцессоров 1 (БМ), блок реализации уравнений реактора фазы А19 (БРУРФА) производит выбор напряжения с выхода преобразователя напряжение-ток 10 (ПНТ1) или напряжения с выхода блока моделирования фильтра 5 (БМФ) для использования его в качестве напряжения на первом конце реактора U.
RA
Блок реализации уравнений реактора фазы А19 (БРУРФА) формирует на выходах втекающий и вытекающий (втекающий с обратным знаком) токи реактора i, выраженные напряжениями.
Блоки реализации уравнений реакторов фаз В20 (БРУРФВ) и С21 (БРУРФС) реализуют непрерывное решение дифференциальных уравнений, аналогичных (1), реакторов фаз В и С соответственно.
RB
RB
Входными переменными блока реализации уравнений реактора фазы В 20 (БРУРФВ) являются напряжение на выходе преобразователя напряжение-ток 11 (ПНТ2), напряжение на выходе блока моделирования фильтра 5 (БМФ), напряжение на выходе преобразователя напряжение-ток 14 (ПНТ5), а выходными - токи реактора фазы В i и -i, выраженные напряжениями.
RC
RC
Входными переменными блока реализации уравнений реактора фазы С 21 (БРУРФС) являются напряжение на выходе преобразователя напряжение-ток 12 (ПНТ3), напряжение на выходе блока моделирования фильтра 5 (БМФ), напряжение на выходе преобразователя напряжение-ток 15 (ПНТ6), а выходными - токи реактора фазы С i и -i, выраженные напряжениями.
RA
RB
RC
RA
RB
RC
В итоге, сформированные на выходах блока моделирования реакторов 2 (БМР) представленные напряжением математические переменные фазных токов первого конца реактора i, i и i поступают на блок моделирования фильтра 5 (БМФ) и на преобразователи напряжение-ток 10 (ПНТ1), 11 (ПНТ2), 12 (ПНТ3), которые преобразуют их в модельные физические фазные токи, а математические переменные фазных токов второго конца реактора -i, -i и -i поступают на преобразователи напряжение-ток 13 (ПНТ4), 14 (ПНТ5), 15 (ПНТ6), которые преобразуют их в модельные физические фазные токи.
Результаты непрерывного решения дифференциальных уравнений, описывающих процессы в реакторе, поступают из блока моделирования реактора 2 (БМР) в блок многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП), оцифрованная информация из этого блока поступает в блок микропроцессоров 1 (БМ), а из него по компьютерной сети - в персональный компьютер.
Блок цифроуправляемой продольной коммутации 6 (БЦПрК1) осуществляет физическое подключение/отключение устройства для моделирования статического синхронного компенсатора к внешним устройствам, например к устройству для моделирования трансформатора или к другим моделирующим устройствам. Блоки цифроуправляемой поперечной коммутации 7 (БЦПоК1) и 8 (БЦПоК2) осуществляют междуфазные замыкания и замыкания на землю. Управление состояниями цифроуправляемых аналоговых ключей блоков цифроуправляемой продольной 6 (БЦПрК1) и поперечной 7 (БЦПоК1) и 8 (БЦПоК2) коммутаций осуществляет блок микропроцессоров 1 (БМ).
Блок моделирования статического преобразователя напряжения 3 (БМСПН) осуществляет преобразование трехфазного напряжения переменного тока в трехуровневое напряжение постоянного тока за счет коммутации цифроуправляемых ключей 25 (ЦК1), 26 (ЦК2), 27 (ЦК3), 28 (ЦК4), 29 (ЦК5), 30 (ЦК6), управляемых блоком микроконтроллеров 1 (БМ) в соответствии с заданным алгоритмом, например алгоритмом широтно-импульсной модуляции [Николаев А.В. Разработка принципов управления статическим компенсатором (СТАТКОМ) и исследование его работы на подстанциях переменного и постоянного тока: Дисс. на соискание степени канд. техн. наук. - СПб.: НИИПТ, 2005. - 161 с., стр.61-63].
Блок цифроуправляемой продольной коммутации 32 (БЦПрК2) подключает к блоку моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ) блок конденсаторов 31 (БК), через конденсаторы которого, в зависимости от напряжений на входах-выходах блока конденсаторов 31 (БК), протекает ток, мгновенное значение которого определяют по выражению
<mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>C</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>C</mi><mi>i</mi></msub><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mi>C</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac></mrow>
Ci
где i - ток i-того конденсатора;
Ci
U- напряжение на i-том конденсаторе;
i
С - емкость i-того конденсатора.
<mrow><mrow><mo>{</mo><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mrow><mi>C</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mi>C</mi></msub><msub><mrow /><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>C</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>C</mi><mi>C</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>C</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>           </mtext><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mi>C</mi><mi>C</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>C</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><msub><mi>i</mi><mrow><mi>C</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>,</mo></mtd></mtr></mtable></mrow><mtext>             (2)</mtext></mrow>
Блок реализации уравнений конденсатора 33 (БРУК1) реализует непрерывное решение дифференциальных уравнений, описывающих процессы в первом конденсаторе в цепи постоянного тока статического синхронного компенсатора
Cl
где i - ток первого конденсатора;
C1
U - напряжение на первом конце первого конденсатора;
C2
U - напряжение на втором конце первого конденсатора;
CC1
U - емкостное напряжение первого конденсатора;
C1
С - емкость первого конденсатора;
C1
R - активное сопротивление, характеризующее активные потери в первом конденсаторе цепи постоянного тока статического синхронного компенсатора.
На входы блока реализации уравнений конденсатора 33 (БРУК1) поступают необходимые для решения переменные:
напряжение на первом конце конденсатора, поступающего от преобразователя напряжение-ток 16 (ПНТ7);
напряжение на втором конце первого конденсатора, поступающего от преобразователя напряжение-ток 17 (ПНТ8).
С1
Блок реализации уравнений конденсатора 33 (БРУК1) на выходе формирует ток первого конденсатора i, выраженный напряжением.
Блок реализации уравнений конденсатора 34 (БРУК2) реализует непрерывное решение дифференциальных уравнений второго конденсатора аналогично первому (2).
C2
Входными переменными блока реализации уравнений конденсатора 34 (БРУК2) являются напряжение на первом конце конденсатора поступающего от преобразователя напряжение-ток 17 (ПНТ8) и напряжение на втором конце конденсатора, поступающего от преобразователя напряжение-ток 18 (ПНТ9), а выходным - ток конденсатора i, выраженный напряжением.
С выходов блоков реализации уравнений конденсаторов 33 (БРУК1) и 34 (БРУК2) представленные напряжением математические переменные токов поступают на входы блока формирования тока нулевой точки 35 (БФТНТ), который осуществляет их суммирование.
В итоге, сформированные на выходах блока реализации уравнений конденсатора 33 (БРУК1), блока формирования тока нулевой точки 35 (БФТНТ) и блока реализации уравнений конденсатора 34 (БРУК2) представленные напряжением математические переменные токов поступают соответственно на входы преобразователей напряжение-ток 16 (ПНТ7), 17 (ПНТ8), 18 (ПНТ9), которые преобразуют их в модельные физические токи.
Управление состояниями цифроуправляемых аналоговых ключей блока цифроуправляемой продольной коммутации 32 (БЦПрК2) осуществляет блок микропроцессоров 1 (БМ).
Результаты непрерывного решения уравнений гибридной модели конденсатора поступают из блока моделирования цепи постоянного тока 4 (БМЦПТ) в блок многоканального аналого-цифрового преобразования 9 (БМАЦП), оцифрованная информация из этого блока поступает в блок микропроцессоров 1 (БМ), а из него по компьютерной сети в персональный компьютер.
Блок формирования тока фильтра фазы А39 (БФТФФА) осуществляет непрерывный расчет значения тока фильтра фазы А, равного алгебраической сумме токов, выраженных напряжением, поступающих на его входы с выхода внешнего устройства и с выхода блока моделирования реакторов 2 (БМР). Сформированный на выходе блока формирования тока фильтра фазы А36 (БФТФФА) ток, выраженный напряжением, поступает на вход блока реализации уравнений конденсатора 40 (БРУК3), который непрерывно рассчитывает напряжение на конденсаторе по выражению
<mrow><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>U</mi><mrow><mi>C</mi><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msub><mi>i</mi><mrow><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub></mrow>
FA
где i - ток конденсатора фазы А фильтра;
CFA
U - напряжение на конденсаторе фазы А фильтра;
FA
C - емкость конденсатора фазы А фильтра.
Блок реализации уравнений конденсатора 40 (БРУК3) на выходе формирует математическое напряжение конденсатора фазы А фильтра.
Блок расчета напряжения реактора 41 (БРНР) осуществляет расчет напряжения на реакторе в соответствии с уравнением
RFA
FA
LFA
FA,
U=(i-i)R
RFA
где U - напряжение на резисторе фазы А фильтра;
LFA
i - ток реактора фазы А фильтра;
FA
R - сопротивление резистора, входящего в состав фазы А фильтра, приведенное к модельной величине.
На вход блока расчета напряжения реактора 41 (БРНР) поступают необходимые для расчета переменные:
ток фазы А фильтра с выхода блока формирования тока фильтра фазы А39 (БФТФФА),
ток реактора, входящего в состав фильтра, с выхода блока реализации уравнений реактора 43 (БРУР).
RFA
Блок расчета напряжения реактора 41 (БРНР) на выходе формирует напряжение на реакторе U.
Блок реализации уравнений реактора 43 (БРУР) осуществляет непрерывное решение дифференциальных уравнений реактора в фазе А фильтра в соответствии с уравнениями вида
<mrow><mrow><mo>{</mo><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>U</mi><mrow><mi>L</mi><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>R</mi><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>L</mi><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mi>L</mi><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>           </mtext><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>L</mi><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msub><mi>U</mi><mrow><mi>L</mi><mi>F</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow>
LFA
где U - индуктивное напряжение реактора фазы А фильтра;
LFA
R - активное сопротивление обмотки реактора фазы А фильтра, приведенное к модельной величине;
FA
L - индуктивность обмотки реактора фазы А фильтра, приведенная к модельной величине.
На вход блока реализации уравнений реактора 43 (БРУР) поступает необходимое для расчета напряжение на реакторе фазы А фильтра с выхода блока расчета напряжения реактора 41 (БРНР).
LFA
Блок реализации уравнений реактора 43 (БРУР) на выходе формирует ток реактора фильтра i, выраженный напряжением.
Блок формирования фазного напряжения фильтра 42 (БФФНФ) осуществляет алгебраическое суммирование напряжений конденсатора и реактора фильтра фазы А. Необходимые для расчета напряжения поступают с выхода блока реализации уравнений конденсаторов 40 (БРУК3) и выхода блока расчета напряжений реакторов 41 (БРНР).
В итоге, блок формирования фазных напряжений фильтра 42 (БФФНФ) на выходе формирует напряжение фильтра фазы А.
Аналогичным образом блоки моделирования фильтра фаз В37 (БМФФВ) и С38 (БМФФС) производят решение дифференциальных уравнений фаз В и С фильтра, формируя на выходах напряжения фильтра фаз В и С, соответственно. Необходимые для расчета переменные токов поступают на входы блоков моделирования фильтра фаз В37 (БМФФВ) и С38 (БМФФС) с выходов блока моделирования реакторов 2 (БМР) и с выхода внешнего устройства.
Таким образом, устройство позволяет моделировать статический синхронный компенсатор совместно с моделью энергосистемы, моделировать нормальные, аварийные и послеаварийные процессы, а также автоматизированно и автоматически изменять параметры модели статического синхронного компенсатора и отображать результаты моделирования на персональном компьютере.