СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ УЗЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ И УЗЛОВ, ПРИМЫКАЮЩИХ К НЕМУ
VOLTAGE REGULATION METHOD FOR ELECTRIC NETWORK NODE AND NODES ADJOINING IT

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для поддержания и регулирования напряжения в электрической сети.
Известен способ (И.М. Маркович, Режимы энергетических систем М., Энергия, 1969 г.) регулирования напряжения в узле электрической сети и узлов, примыкающих к нему, при котором в электрической сети выделяются контролируемые пункты (узлы), в которых постоянно измеряются напряжения, результаты измерения передаются по каналам связи в центры управления, в центрах управления определяются уставки для регуляторов напряжения на электростанциях и в других узлах сети, имеющих возможность регулирования напряжения, уставки передаются по каналам связи локальным регуляторам, которые действуют на уменьшение отклонений контролируемых в узлах напряжений от заданных уставок.
Однако указанный способ не позволяет эффективно регулировать напряжение в электрической сети путем его регулирования в узлах электрической сети локальными регуляторами при нарушениях нормальной работы каналов передачи данных, центров управления, а также не может быть использован в электрических сетях, не обладающих централизованными системами управления.
Кроме того, известен способ (Патент РФ №1372465) регулирования напряжения узла электрической сети, и узлов, примыкающих к нему, являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в том, что для поддержания допустимости напряжения в электрической сети контролируют напряжение, как в узле регулирования, так и в узлах прилегающего района сети путем их расчета по измеряемым в узле регулирования режимным параметрам примыкающих линий и их сопротивлениям, корректируют уставку регулирования при выходе любого из напряжений узлов контролируемого района за верхнюю или нижнюю границы.
Однако указанный способ не позволяет эффективно регулировать напряжения узла электрической сети и узлов, примыкающих к нему, после ввода режима напряжения в допустимую область, т.к. не обеспечивает возможное снижение потерь электрической энергии или увеличение пропуска энергии.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение эффективного регулирования напряжения узла электрической сети и узлов, примыкающих к нему, после ввода режима напряжения в допустимую область, обеспечивая снижение потерь электрической энергии или увеличение пропуска энергии.
Поставленная задача решается за счет того, что воздействуют на источник реактивной мощности в зависимости от отклонения напряжения от уставки регулирования источника реактивной мощности в данном узле, корректируемой в результате измерения режимных параметров узла и примыкающих к нему связей для определения по известным зависимостям напряжений примыкающих узлов, сравнения полученных значений с допустимыми минимальными и максимальными значениями и в случае, если в примыкающих узлах величины напряжения больше максимально допустимых, уставку регулирования источника реактивной мощности уменьшают, а если эти величины напряжения меньше минимально допустимых, упомянутую уставку увеличивают, при этом при каждой корректировке уставки по результатам измерения режимных параметров и известным зависимостям определяют потери и пропуск мощности в прилегающем районе сети и их приращение, и если при корректировке потери мощности снижаются или пропуск мощности увеличивается, то корректировку уставки продолжают в том же направлении до достижения максимально или минимально допустимого напряжения в любом из контролируемых узлов или до исчезновения приращения потерь или пропуска мощности в контролируемом районе сети. Если в примыкающих узлах все напряжения находятся в допустимых границах, то осуществляют пробное изменение уставки в любом направлении, определяют изменение потерь или пропуска мощности в прилегающем районе сети, и если при пробном изменении уставки произошло снижение потерь или увеличение пропуска мощности в прилегающем районе сети, то продолжают изменять уставку в принятом направлении до достижения нулевого приращения потерь или пропуска мощности или максимально или минимально допустимых напряжений в контролируемых узлах прилегающего района сети, если же при пробном изменении уставки произошло увеличение потерь или снижение пропуска мощности в прилегающем районе сети, то меняют направление изменения уставки и продолжают изменять уставку в новом направлении до достижения нулевого приращения потерь или пропуска мощности или максимально или минимально допустимых напряжений в контролируемых узлах прилегающего района сети.
На фиг. 1 приведена структура устройства регулирования напряжения в узле электрической сети, реализующего предложенный способ.
На фиг. 2 приведен пример схемы прилегающего к узлу регулирования напряжения района электрической сети (контролируемого района).
На фиг. 3, 4 приведены эпюры напряжения в узлах контролируемого района при корректировке уставки для ввода режима напряжения контролируемого района в допустимую область.
На фиг. 5, 6 приведены графики изменения уставки регулятора, напряжений, потерь и пропуска мощности в контролируемом районе при регулировании с целью снижения потерь (фиг. 5) и увеличения пропуска (фиг. 6).
Устройство (Фиг. 1) содержит измерительные преобразователи тока, напряжения, мощности 1, микропроцессор 2 и исполнительный блок 3.
Электрическая сеть (Фиг. 2) содержит узел 4 регулирования напряжения с помощью источника (компенсатора) реактивной мощности 5, отходящие 6 и 7 линии связи, соседние узлы 8 и 9 и измерительные трансформаторы напряжения 10 и тока 11, 12 на отходящих участках линий связи узла 4.
4,8,9max
4,8,9min
уст
4,8,9
Эпюры напряжения в контролируемом районе сети (Фиг. 3, 4) отражают границы допустимых напряжений в узлах района сети (U, U), корректировку уставки регулятора (ΔU) при выходе контролируемых напряжений в узлах 4, 8, 9 (U) за допустимые границы.
i
проп
уст
Временные графики (Фиг. 5, 6) показывают изменения контролируемых параметров (U, ΔР, Р, корректировки уставки регулятора ΔU) при регулировании с целью снижения потерь в контролируемом районе сети (Фиг. 5) или пропуска мощности (Фиг. 6).
Способ осуществляется следующим образом:
4-8
4-9
4
4-8
4-9
4-8
4-8
4-9
4-9
10
Токи J, J отходящих линий 6 и 7 узла 4 и напряжение U узла 4 с регулированием напряжения через трансформаторы тока 11, 12 и напряжения 10 поступают на вход устройства, где в блоке 1 они преобразуются с помощью известных устройств в сигналы J, J, P, Q, Р, Q и U, пригодные для обработки в микропроцессоре 2 по следующему алгоритму.
По известным схемным и измеренным режимным параметрам для одного из концов линии известным методом рассчитываются напряжения в узлах 8 и 9 электрической сети, потери (или пропуск) мощности в участке сети
где
i=8, 9 - номер узла;
4
4-i
4-i
4
4-i
4-i
U, P, Q - значения режимных параметров узла и его связей; В, R, X - схемные параметры линий связи;
g=1 или 0 (g=1 только для связей с поступающим в контролируемый район потоком энергии).
Полученные значения напряжений сравниваются с допустимыми значениями напряжений в узлах, заранее заложенными в память процессора.
При возникновении нарушений лишь верхних или лишь нижних допустимых значений напряжений в узлах 4, 8 и 9 процессор выдает исполнительному блоку сигнал изменения напряжения уставки (Фиг. 3, 4)
уст
Р
пред
ΔU=-К×(U-U)
где
р
К - коэффициент пропорциональности входного и выходного сигналов,
пред
i max
i min
U - в зависимости от нарушенной верхней или нижней границы равно U или U
Для корректировки уставки (увеличение) необходимо, чтобы было нарушено нижнее допустимое значение напряжения хотя бы в одном из трех узлов (или в двух, или в трех) и не было бы превышено верхнее допустимое значение напряжения ни в одном из трех узлов.
Для корректировки уставки (снижение) необходимо, чтобы было нарушено верхнее допустимое значение напряжения хотя бы в одном из трех узлов (или в двух, или в трех) и не было бы снижения ниже допустимого значения напряжения ни в одном из трех узлов.
проп
При ненарушенных допустимых значениях напряжений во всех узлах производится коррекция уставки по напряжению в узле регулирования в любом направлении и после ее отработки вновь определяются все режимные параметры, а также приращения потерь ΔΔР (или пропуска ΔР) мощности в контролируемом районе (Фиг. 5, 6).
k
k-1
ΔΔР=ΔР-ΔР
проп
проп k
проп k-1
ΔР=P-Р
где k - номер шага коррекции.
По приращениям потерь (или пропуска) мощности в контролируемом районе определяется направление (s) последующих корректировок уставки.
s=1 если при регулировании для снижения потерь или если при регулировании для увеличения пропуска
s=-1 в остальных случаях.
1 означает сохранение направления корректировки.
-1 означает необходимость смены направления корректировки.
При нарушенных как верхних, так и нижних значений напряжений уставка корректируется в направлении достижения нулевого среднего выхода напряжений за допустимые границы
где
m - число нарушенных верхних границ,
I - число нарушенных нижних границ.
Пример осуществления способа для узла с прилегающим районом сети, представленным на фиг. 2.
Из эпюр напряжений узлов 8, 4 и 9 электрической сети при изменении напряжения уставки в узле 4 в случае нарушения верхних (Фиг. 3) или нижних (Фиг. 4) допустимых границ видно, что устройство управления (Фиг. 1) фиксирует выход напряжения за допустимые границы во всех соседних узлах и, воздействуя на источник реактивной мощности, осуществляет ввод напряжений контролируемого района сети в допустимую область.
Из графика изменения потерь (Фиг. 5) при осуществлении коррекций уставки внутри допустимой области видно, что при регулировании напряжения для снижения потерь мощности в контролируемом районе сети при пробном снижении уставки потери возрастают, на следующем шаге меняют направление коррекции уставки на противоположное, что ведет к снижению потерь, далее совершаются шаги в новом направлении и коррекции прекращаются, когда потери перестают снижаться. В результате в контролируемом районе возникает режим напряжений, при котором потери мощности минимальны.
Из графика изменения потерь (Фиг. 6) при осуществлении коррекций уставки внутри допустимой области видно, что при регулировании напряжения с целью увеличения пропуска мощности в контролируемом районе сети при пробном снижении уставки пропуск мощности снижается. На следующем шаге меняют направление коррекции уставки на противоположное, что ведет к увеличению пропуска за счет повышения напряжения в узлах сети и соответствующего увеличения мощности нагрузки узлов, далее совершаются шаги в новом направлении и коррекции прекращаются, когда контролируемое напряжение достигает максимально допустимого уровня. В результате в контролируемом районе возникает режим напряжений, при котором пропуск мощности максимален.
Таким образом, в отличие от прототипа, предлагаемый способ, используя контроль изменения потерь или пропуска мощности в прилегающем районе сети при изменении уставки, пробное изменение уставки эффективно регулирует напряжения узла электрической сети и узлов, примыкающих к нему, после ввода режима напряжения в допустимую область, снижая потери электрической энергии или увеличивая ее пропуск.