Способ и устройство автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением накопителя электроэнергии
METHOD AND DEVICE FOR AUTOMATIC VOLTAGE CONTROL IN AN ELECTRIC NETWORK USING AN ELECTRIC ENERGY ACCUMULATOR

Изобретение относится к автоматике электрических сетей и предназначено для автоматизации регулирования напряжения в электрической сети с применением накопителя электроэнергии и с учётом фазных напряжений в контрольных точках линии электропередачи.
Известен способ автоматического регулирования напряжения, заключающийся в том, что задают соотношение между напряжением у ближайших и наиболее удаленных потребителей, получающих питание от отходящих линий электрической подстанции, на которой осуществляется регулирование напряжения, и напряжением вторичной обмотки трансформатора электрической подстанции, измеряют фактическое напряжение у ближайших и наиболее удаленных потребителей, измеряют фактическое напряжение вторичной обмотки трансформатора, сравнивают их с нормативными значениями, в случае отличия фактического напряжения у потребителей от нормативных значений определяют фактическое отклонение соотношения между заданными и фактическими напряжениями в контрольных точках, полученное отклонение напряжения используют в качестве указанного корректирующего сигнала. (Патент№ 2527479,  Российская Федерация, МПК H02J 3/12 (2006.01), опубл. 10.09.2014 Бюл. № 25).
Известно устройство, реализующее способ  автоматического регулирования напряжения, содержащее устройства связи и передачи данных, систему управления, датчики напряжения и выполняющее регулирование напряжения с учётом корректирующего сигнала, полученного на основе измерения напряжения в разных точках электрической сети  (Патент№ 2527479,  Российская Федерация, МПК H02J 3/12 (2006.01), опубл. 10.09.2014 Бюл. № 25).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ автоматического регулирования напряжения в электрической сети с задержкой по времени начала регулирования, заключающийся в изменении коэффициента трансформации трансформатора в зависимости от корректирующего сигнала на основе полученных фактических данных напряжения у потребителей, в котором задают соотношение между фактическим отклонением напряжения от нормативного значения у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, от которого питается электрическая сеть, в которой осуществляется регулирование напряжения, задают задержку по времени фактического соотношения между отклонением напряжения от нормативного значения у всех потребителей и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора от заданного соотношения, измеряют фактическое напряжение у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, определяют фактическое отклонение измеренного напряжения от нормативного значения у всех потребителей, измеряют фактическое напряжение вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, определяют фактическое соотношение между отклонениями напряжения от нормативного значения у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, если данное фактическое соотношение через заданное время отличается от заданного соотношения, начинают отчет времени, равного заданному времени фактического соотношения между отклонением напряжения у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, от нормативного значения и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора от заданного соотношения и если в момент окончания отсчета времени фактическое соотношение между отклонением напряжения от нормативного значения у всех потребителей, подключенных к электрической сети, в которой осуществляется регулирование напряжения, и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора отклоняется от заданного соотношения, то полученное значение этого отклонения используют в качестве корректирующего сигнала. [Патент RU 2588255 C1, кл. H02J 3/12 опубликован 27.06.2016. Бюл. № 18].
Наиболее близким по технической сущности является устройство, реализующее способ автоматического регулирования напряжения в электрической сети с задержкой по времени начала регулирования, содержащее устройства связи и передачи данных, систему управления, датчики напряжения и выполняющее регулирование напряжения с учётом корректирующего сигнала, полученного на основе измерения напряжения в у всех потребителей и на трансформаторной подстанции [Патент RU 2588255 C1, кл. H02J 3/12 опубликован 27.06.2016. Бюл. № 18].
Недостатком указанного способа и устройства является недостаточная функциональность, заключающаяся в том, что регулирование напряжения в нём выполняется за счёт изменения коэффициента трансформации трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, что не позволяет обеспечить пофазное регулирование напряжения посредством пофазной выдачи, или потребления электроэнергии в сеть накопителем электроэнергии, в нём не учитываются значения фазных напряжений в точке установки накопителя электроэнергии и фазные напряжения в других контрольных точках электрической сети.
Технической задачей предлагаемого способа и устройства является расширение его функциональности путём пофазного регулирования напряжения посредством пофазной выдачи, или потребления электроэнергии накопителем электроэнергии, учёта значения фазных напряжений в точке установки накопителя электроэнергии и фазных напряжений в других контрольных точках электрической сети.
Для решения указанной задачи в предлагаемом способе автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением накопителя электроэнергии, заключающемся в осуществлении регулирования напряжения в зависимости от корректирующего сигнала, согласно изобретению, задают соотношение между отклонением фазных напряжений в контрольных точках линии электропередачи, на которой осуществляется регулирование напряжения и напряжением в точке установки накопителя электроэнергии, осуществляющего регулирование, измеряют фактические фазные напряжения в контрольных точках линии электропередачи и напряжение в точке установки накопителя электроэнергии, измеряют время их отклонения, сравнивают их с нормативными значениями, в случае, если заданное значение времени отклонения меньше времени фактического отклонения напряжения и имеются отклонения фактических напряжений в контрольных точках линии электропередачи в меньшую сторону от нормативных значений, определяют фактическое отклонение соотношения между отклонениями фактических фазных напряжений в контрольных точках и напряжением в точке установки накопителя электроэнергии, осуществляющего регулирование, полученное отклонение соотношения используют в качестве корректирующего сигнала, с его учётом осуществляют пофазную выдачу мощности от накопителя с заданной задержкой выдачи по времени, контролируют уровень заряда накопителя, если уровень заряда накопителя меньше заданного, заданное значение времени отклонения меньше времени фактического отклонения напряжения и имеются отклонения фактических напряжений в контрольных точках линии электропередачи в большую сторону от нормативных значений, определяют фактическое отклонение соотношения между отклонениями фактических фазных напряжений в контрольных точках и напряжением в точке установки накопителя электроэнергии, осуществляющего регулирование, полученное отклонение соотношения используют в качестве корректирующего сигнала, с его учётом осуществляют пофазное потребление мощности из сети на зарядку накопителя, если не имеются отклонения фактических напряжений в контрольных точках линии электропередачи в меньшую, или большую сторону от нормативных значений, уровень заряда накопителя меньше заданного, осуществляют потребление мощности из сети на зарядку накопителя, контролируют ток в линии в точке установки накопителя и при появлении тока короткого замыкания в линии отключают накопитель электроэнергии от сети для предотвращения подпитки им короткого замыкания, контролируют напряжения по фазам в точке присоединения накопителя электроэнергии и, если напряжение в одной, двух, или трёх фазах будет близким, или равным нулю, отключают накопитель электроэнергии от сети.
Технический результат достигается также тем, что предлагаемое устройство автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением накопителя электроэнергии, включает датчики напряжения, устройства связи и передачи данных, потребители и трансформаторную подстанцию, согласно изобретению, устройство снабжено накопителем электроэнергии, осуществляющим накопление и выдачу электроэнергии, подключенным к электрической сети через преобразователь накопителя, осуществляющий преобразования переменного тока в постоянный и наоборот, и устройство коммутации накопителя электроэнергии, осуществляющее пофазную коммутацию цепи подключения накопителя электроэнергии, датчиком тока, установленным в электрической сети в точке подключения к ней накопителя электроэнергии и соединённым через проводное соединение, или канал связи с системой  управления и контроля накопителя электроэнергии, передающим в неё информацию о значении тока в точке его установки, датчиками напряжения, установленными на вводах потребителей и соединёнными с помощью встроенных средств связи по каналу связи с системой  управления и контроля накопителя электроэнергии, датчиком напряжения, установленным на вводе накопителя в точке подключения накопителя электроэнергии к электрической сети и соединённым через проводное соединение или канал связи с системой управления и контроля накопителя электроэнергии, передающим в неё информацию о значении напряжения в точке его установки, системой управления и контроля накопителя электроэнергии, соединённой с накопителем электроэнергии, преобразователем накопителя электроэнергии, устройством коммутации накопителя электроэнергии, датчиками напряжения и тока.
Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок схема устройства автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением накопителя электроэнергии.
Схема содержит следующие элементы: силовой трансформатор подстанции Т1; защитный коммутационный аппарат линии электропередачи ЗКА2; однофазный потребитель П3; однофазный потребитель П4; однофазный потребитель П5; однофазный потребитель П6; трёхфазный потребитель П7; 8 – однофазный потребитель П8; датчик напряжения ДН9; датчик напряжения ДН10; датчик напряжения ДН11; датчик напряжения ДН12; датчик напряжения ДН13; датчик напряжения ДН14; датчик напряжения ДН15; датчик тока ДТ16; накопитель электроэнергии НЭ17; преобразователь накопителя ПН18; устройство коммутации накопителя электроэнергии УКНЭ19; система управления и контроля накопителя электроэнергии СУиКНЭ20; канал связи 21; точка короткого замыкания К22.
Т1 установлен в электрической сети и соединен с ЗКА2. Потребители П3 – П8 подключены к силовой цепи после ЗКА2. Датчики напряжение ДН 9-14 установлены на вводах потребителей П 3-8 соответственно и осуществляют передачу данных о значении напряжения через канал связи 21 в СУиКНЭ20 с помощью встроенных средств связи, позволяющих передавать и принимать информацию по каналу связи, например GSM, радиоканалу, или другому. Датчик ДН15 установлен на вводе накопителя НЭ17 и осуществляет передачу данных о значении напряжения в систему управления СУиКНЭ20 через проводное соединение,  или канал связи 21. ДТ16 подключен к силовым цепям электрической сети в точке подключения НЭ17 и осуществляет передачу данных о значении тока через соединение или канал связи 21 в СУиКНЭ20. Накопитель НЭ17 подключен к электрической сети после ЗКА2, через УКНЭ19 и ПН18. Преобразователь ПН18 установлен в силовой цепи между НЭ17 и УКНЭ19 и осуществляет преобразования переменного тока в постоянный и наоборот. УКНЭ19 установлен в силовой цепи между ПН18 и точкой подключения НЭ17 к силовым цепям электрической сети и осуществляет пофазную коммутацию цепи подключения накопителя электроэнергии. СУиКНЭ20 соединена с накопителем электроэнергии НЭ17, преобразователем накопителя электроэнергии ПН18, устройством коммутации накопителя электроэнергии УКНЭ19, всеми датчиками напряжения и датчиком тока ДТ 16 через канал связи 21, или через соединение. Она осуществляет сбор информации, в том числе с помощью встроенных средств связи с использованием канала связи 21, с датчиков напряжения и тока, накопителя электроэнергии, преобразователя накопителя электроэнергии, устройства коммутации накопителя электроэнергии и обрабатывает полученную информацию, формирует команды управления накопителем НЭ17, преобразователем накопителя электроэнергии ПН18 и устройством коммутации накопителя электроэнергии УКНЭ19.
Способ автоматического регулирования напряжения в электрической сети с применением накопителя электроэнергии осуществляется следующим образом с помощью предлагаемого устройства.
Питание потребителей П3-П8 электрической сети осуществляется через силовой трансформатор Т1 и защитный коммутационный аппарат ЗКА2, при этом датчики напряжения ДН9 – ДН 14 осуществляют контроль фазных напряжений в точках подключения потребителей П3 – П8 к электрической сети и передают в цифровом виде данные о значениях фазных напряжений через Канал связи 21 в систему управления и контроля накопителя электроэнергии СУиКНЭ20, которая осуществляет обработку этих данных, выявляет точки электрической сети, в которых произошли отклонения напряжения, не соответствующие заданным, выявляет исчезновения, прерывания, искажения напряжения, несимметрию по напряжению, а также осуществляет формирование корректирующего сигнала на основе сравнения данных с ДН9 – ДН14 и данных датчика ДН15, осуществляющего передачу данных о значениях фазных напряжения в точке подключения НЭ17 к электрической сети.
В случае отклонения фактических напряжений в контрольных точках электрической сети (информация от датчиков напряжения ДН9-ДН15) в меньшую сторону от нормативных значений, СУиКНЭ20 определяет фактическое отклонение соотношения между отклонениями фактических фазных напряжений в на вводах П3-П8, контролируемых ДН9-ДН14, и напряжением в точке установки накопителя электроэнергии, контролируемого ДН15; а затем полученное отклонение соотношения использует в качестве корректирующего сигнала и с его учётом осуществляет пофазную выдачу мощности от НЭ17 через ПН18 и УКНЭ19 для регулирования напряжения в фазах электрической сети и снижения степени несимметрии нагрузки от НЭ17 с заданной задержкой выдачи по времени.
СУиКНЭ20 также осуществляет контроль уровня заряда накопителя, при значительном уменьшении которого, реализует выдержку времени, контроль значений фазных напряжений в точках установки датчиков ДН9-ДН15 и, при их отклонении в большую сторону от нормативных значений, СУиКНЭ20 определяет фактическое отклонение соотношения между отклонениями фактических фазных напряжений в контрольных точках и напряжением в точке установки накопителя электроэнергии, полученное отклонение соотношения используется в качестве корректирующего сигнала, с его учётом СУиКНЭ20 осуществляет плавное пофазное регулирование потребления мощности из сети через ПН18 и УКНЭ19 на зарядку накопителя электроэнергии НЭ17.
В случае, если СУиКНЭ20, на основе данных с ДН9-ДН15, не выявляет отклонения фактических напряжений в контрольных точках электрической сети в меньшую, или большую сторону от нормативных значений, а уровень заряда накопителя не полный, то СУиКНЭ20 передает сигнал на НЭ17 и реализует плавное потребление мощности из сети на зарядку накопителя.
ДТ16 осуществляет контроль значений токов, протекающих по фазам электрической сети в точке установки НЭ17 и передаёт данные о них в СУиКНЭ20. При возникновении аварийных режимов работы электрической сети, например, короткого замыкания в точке К22, ДТ16 фиксирует ток короткого замыкания и передаёт соответствующие данные в СУиКНЭ20. При этом СУиКНЭ20 сформирует команду на отключение НЭ17 от электрической сети путем отключения УКНЭ19 для предотвращения подпитки короткого замыкания от НЭ17. В случае, если ДН15 зафиксирует равное нулю, или близкое к нулю значения напряжения в одной, двух, или трёх фазах, то  СУиКНЭ20 сформирует команду на отключение НЭ17 от электрической сети.
Применение предлагаемого способа и устройства обеспечивает автоматическое пофазное регулирование напряжения в электрической сети с применением накопителя электроэнергии на основе сведений о фактических отклонениях напряжения по фазам у всех потребителей и в других точках сети, за счёт чего снижается несимметрия напряжений в сети, повышается качество поставляемой потребителям электроэнергии.