УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБЪЕДИНЕННОГО РЕГУЛЯТОРА ПОТОКА МОЩНОСТИ
DEVICE TO MODEL COMBINED POWER FLOW CONTROLLER

Изобретение относится к области моделирования объектов электрических систем и может быть использовано для воспроизведения в реальном времени непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов в объединенном регуляторе потока мощности 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 гибридного моделирования объединенного регулятора потока мощности [KR 100711816 В1, МПК H02J 3/38, опубл. 19.04.2007], содержащее цифровой симулятор энергосистемы с двумя цифроаналоговыми и двумя аналого-цифровыми преобразователями и физический симулятор объединенного регулятора потока мощности, заключающий в себе два трансформатора, два блока статических преобразователей напряжения, блок моделирования линии, два усилителя напряжений и два измерителя токов.
Аналоговые выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей являются выходами цифрового симулятора энергосистемы и подключены к входам первого и второго усилителей напряжений. К выходу первого усилителя напряжения подключены первичная обмотка трансформатора, первый конец первичной обмотки второго трансформатора и первый измеритель тока. К выходу второго усилителя напряжений подключен второй измеритель тока и, через блок моделирования линии, подключен второй конец первичной обмотки второго трансформатора. Выходы первого и второго измерителей токов подключены к входам первого и второго аналого-цифрового преобразователя соответственно, являющимся входами цифрового симулятора энергосистемы. К вторичным обмоткам трансформаторов подключены два блока статических преобразователей напряжения, соединенных между собой.
Недостатками этого устройства является невозможность автоматизированного и автоматического управления параметрами элементов моделируемого объединенного регулятора потока мощности, сложность моделирования аварийных режимов работы.
Задачей изобретения является создание устройства для моделирования объединенного регулятора потока мощности с изменяемыми параметрами.
Заявленное устройство для моделирования объединенного регулятора потока мощности, так же как в прототипе, содержит два блока статических преобразователей напряжения, соединенных между собой.
Согласно изобретению устройство содержит два идентичных блока трансформации и преобразования напряжения, в каждом из которых три трехфазных выхода вычислительного блока трансформатора соединены с входами трех блоков преобразователей напряжение-ток. Первый и второй трехфазные входы вычислительного блока трансформатора соединены с первым и вторым блоками преобразователей напряжение-ток, с первым и вторым блоками цифроуправляемой поперечной коммутации, с первым и вторым блоками цифроуправляемой продольной коммутации. Выходы блоков цифроуправляемой продольной коммутации являются трехфазными выходами устройства. Третий трехфазный вход вычислительного блока трансформатора подключен к третьему блоку преобразователей напряжение-ток и к блоку статического преобразователя напряжения. Выходы двух блоков статических преобразователей напряжения первого и второго блоков трансформации и преобразования напряжения соединены между собой и с выходами устройства, а также с входами вычислительного блока конденсаторных батарей и с выходами блока преобразователей напряжение-ток. Выходы вычислительного блока конденсаторных батарей соединены с входами блока преобразователей напряжение-ток. Цифровые входы выходы блока микропроцессоров связаны с вычислительными блоками трансформаторов, с блоками цифроуправляемой продольной коммутации, с блоками цифроуправляемой поперечной коммутации и с блоками статических преобразователей напряжения блоков трансформации и преобразования напряжения, с вычислительным блоком конденсаторных батарей, с блоком многоканального аналого-цифрового преобразования и с персональным компьютером/сервером. Входы блока многоканального аналого-цифрового преобразования подключены к вычислительному блоку конденсаторных батарей и вычислительным блокам трансформатора блоков трансформации и преобразования напряжения.
Предложенное устройство позволяет обеспечивать всережимное моделирование в реальном времени и на неограниченном интервале процессов, протекающих в объединенном регуляторе потока мощности, автономного 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 объединенного регулятора потока мощности.
На фиг.2 изображена структурная схема вычислительного блока трансформатора.
На фиг.3 изображена структурная схема блока статического преобразователя напряжения.
На фиг.4 изображена структурная схема вычислительного блока конденсаторных батарей.
Устройство для моделирования объединенного регулятора потока мощности (фиг.1) содержит блок микропроцессоров 1 (БМ), цифровые входы-выходы которого подключены к персональному компьютеру/серверу, к цифровым входам двух одинаковых блоков трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1), 3 (БТПН2), вычислительного блока конденсаторных батарей 4 (ВБКБ) и к цифровым входам-выходам блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП).
Блок трансформации и преобразования напряжения 2(БТПН1) содержит блоки преобразователей напряжение-ток 6 (БПНТ1), 7 (БПНТ2), 8 (БПНТ3), а также подключенные к его цифровым входам блок статического преобразователя напряжения 9 (БСПН), блоки цифроуправляемой продольной 10 (БЦПрК1), 11 (БЦПрК2) и поперечной 12 (БЦПоК1), 13 (БЦПоК2) коммутации и вычислительный блок трансформатора 14 (ВБТ). Три трехфазных выхода вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ) подключены к входам блоков преобразователей напряжение-ток 6 (БПНТ1), 7 (БПНТ2), 8 (БПНТ3).
С трехфазным выходом блока преобразователей напряжение-ток 6 (БПНТ1), соответствующим первому концу первичной обмотки трансформатора, связан первый трехфазный вход вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ), блоки цифроуправляемой продольной 10 (БЦПрК1) и поперечной 12 (БЦПоК1) коммутации. С трехфазным выходом блока преобразователей напряжение-ток 7 (БПНТ2), соответствующим второму концу первичной обмотки трансформатора, связан второй трехфазный вход вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ), блоки цифроуправляемой продольной 11 (БЦПрК2) и поперечной 13 (БЦПоК2) коммутации. С трехфазным выходом блока преобразователей напряжение-ток 8 (БПНТ3) связан третий трехфазный вход вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ) и трехфазный выход блока статического преобразователя напряжения 9 (БСПН).
Выходы блоков цифроуправляемой продольной коммутации 10 (БЦПрК1) и 11 (БЦПрК2) являются первым и вторым трехфазными выходами блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1). Три выхода блока статического преобразователя напряжения 9 (БСПН) являются выходами постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1).
К выходам вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ), являющимся выходами блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1), подключен блок многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП), который подключен к выходам блока трансформации и преобразования напряжения 3 (БТПН2) и вычислительного блока конденсаторных батарей 4 (ВБКБ).
Выходы вычислительного блока конденсаторных батарей 4 (ВБКБ) соединены с блоком преобразователей напряжение-ток 15 (БПНТ4), выходы которого являются выходами постоянного тока устройства и соединены с входами вычислительного блока конденсаторных батарей 4 (ВБКБ), и с соответствующими выходами постоянного тока блоков трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1), 3 (БТПН2). Трехфазные выходы блоков трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1), 3 (БТПН2) являются выходами устройства.
Вычислительный блок трансформатора 14 (ВБТ) (фиг.2) содержит идентичные блоки реализации уравнений фазы А 16 (БРУФ А), В 17 (БРУФ В) и С 18 (БРУФ С) и блок формирования фазных напряжений 19 (БФФН), цифровые входы которых подключены к цифровым входам-выходам блока микропроцессоров 1 (БМ).
Блок реализации уравнений фазы А 16 (БРУФ А) содержит блоки реализации уравнений магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1), 21 (БРУМПК2) и блок реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН), цифровые входы которых соединены с цифровыми входами блока реализации уравнений фазы А 16 (БРУФ А). Трехфазные входы блока формирования фазных напряжений 19 (БФФН) соединены с трехфазными входами вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ), а выходы соединены с входами блоков реализации уравнений магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1), 21 (БРУМПК2), блоков реализации уравнений фазы В 17 (БРУФ В) и С 18 (БРУФ С) и блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП). Блоки реализации уравнений магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1), 21 (БРУМПК2) входами соединены с входом блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП) и с первым выходом блока реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН).
Первый выход блока реализации уравнения магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1) связан с фазой А первого трехфазного выхода вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ), а второй - с фазой А второго трехфазного выхода вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ), с блоком многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП) и с блоком реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН).
Выход блока реализации уравнения магнитосвязанных потоком фазы А контуров 21 (БРУМПК2) соединен с входами блока реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН), блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП) и фазой А третьего трехфазного выхода вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ). Второй выход блока реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН) соединен с входом блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП).
Соответствующие выходам блока реализации уравнений фазы А 16 (БРУФ А), выходы блоков реализации уравнений фазы В 17 (БРУФ В) и С 18 (БРУФ С) соединены с соответствующими фазами трехфазных выходов вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ) и входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП).
Блок статического преобразователя напряжения 9 (БСПН) (фиг.3) содержит блоки фаз статического преобразователя напряжения А 23 (БФСПН1), В 24 (БФСПН2), С 25 (БФСПН3), которые имеют одинаковую конструкцию. Блок фазы А статического преобразователя напряжения 23 (БФСПН1) состоит из цифроуправляемых ключей 26 (ЦК1), 27 (ЦК2), 28 (ЦК3), 29 (ЦК4), 30 (ЦК5), 31 (ЦК6), цифровые входы которых подключены к цифровым входам-выходам блока микропроцессоров 1 (БМ).
Цифроуправляемые ключи 26 (ЦК1), 27 (ЦК2) первыми сторонами подключены к фазе А трехфазного выхода блока статического преобразователя напряжения 9 (БСПН). Второй стороной цифроуправляемый ключ 26 (ЦК1) соединен с первыми сторонами цифроуправляемых ключей 28 (ЦК3), 29 (ЦК4). Цифроуправляемый ключ 28 (ЦК3) второй стороной соединен с первым выходом постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1). Цифроуправляемый ключ 29 (ЦК4) второй стороной соединен с первой стороной цифроуправляемого ключа 30 (ЦК5) и со вторым выходом постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1). Цифроуправляемый ключ 27 (ЦК2) второй стороной соединен со второй стороной цифроуправляемого ключа 30 (ЦК5) и с первой стороной цифроуправляемого ключа 31 (ЦК6), который второй стороной подключен к третьему выходу постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1).
Блоки фаз статического преобразователя напряжения В 24 (БФСПН2) и С 25 (БФСПН3) соответственно соединены с фазами В и С трехфазного выхода блока статического преобразователя напряжения 9 (БСПН) и с тремя выходами постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1). Цифровые входы блоков фаз статического преобразователя напряжения В 24 (БФСПН2), С 25 (БФСПН3) подключены к цифровым входам-выходам блока микропроцессоров 1 (БМ).
Вычислительный блок конденсаторных батарей 4 (ВБКБ) (фиг.4) содержит блоки реализации уравнений конденсаторов 32 (БРУК1), 33 (БРУК2) и блок формирования тока нулевой точки 34 (БФТНТ), выходы которых соединены с входами блока преобразователей напряжение-ток 15 (БПНТ4). К выходам блоков реализации уравнений конденсаторов 32 (БРУК1), 33 (БРУК2) подключен блок многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП) и блок формирования тока нулевой точки 34 (БФТНТ), а к цифровым входам присоединены цифровые входы-выходы блока микропроцессоров 1 (БМ).
Первый вход блока реализации уравнений конденсаторов 32 (БРУК1) соединен с первым выходом постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1). Второй вход блока реализации уравнений конденсаторов 32 (БРУК1) и первый вход блока реализации уравнений конденсаторов 33 (БРУК2) соединены со вторым выходом постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1). Второй вход блока реализации уравнений конденсаторов 33 (БРУК2) соединен с третьим выходом постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1).
Блок микропроцессоров 1 (БМ) реализован с помощью микропроцессоров STM32F207VGT6. Блок многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП) - с помощью аналого-цифровых преобразователей МАХ1324ЕСМ+. Все блоки преобразователей напряжение-ток 6 (БПНТ1), 7 (БПНТ2), 8 (БПНТ3), 15 (БПНТ4) реализованы микроэлектронными преобразователями напряжение-ток AD534KDZ. Блоки цифроуправляемой продольной коммутации 10 (БЦПрК1) и 11 (БЦПрК2), блоки цифроуправляемой поперечной 12 (БЦПоК1) и 13 (БЦПоК2) коммутации, блоки фаз статического преобразователя напряжения В 24 (БФСПН2) С 25 (БФСПН3), и цифроуправляемые ключи 26 (ЦК1), 27 (ЦК2), 28 (ЦК3), 29 (ЦК4), 30 (ЦК5), 31 (ЦК6), реализованы с помощью цифроуправляемых аналоговых ключей МАХ4661.
Блоки реализации уравнений магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1), 21 (БРУМПК2), блок реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН), а также аналогичные блоки, содержащиеся в блоках реализации уравнений фазы В 17 (БРУФ В) и С 18 (БРУФ С) и блок формирования фазных напряжений 19 (БФФН) имеют цифроаналоговую структуру, позволяющую осуществлять неявное непрерывное интегрирование дифференциальных уравнений трехфазного двухобмоточного трансформатора, приведенных ниже. В частности, упомянутые блоки реализованы с помощью следующих микроэлектронных компонентов: цифроаналоговых преобразователей AD 5443, операционных усилителей ОР 37, цифроуправляемых аналоговых ключей МАХ4661. Блоки реализации уравнений конденсаторов 32 (БРУК1), 33 (БРУК2), собранные по схеме моделирования инерционного звена с суммирующим усилителем на входе, и блок формирования тока нулевой точки 34 (БФТНТ), собранный по схеме суммирующего усилителя, реализованы с помощью микроэлектронных компонентов: цифроаналоговых преобразователей AD 5443, операционных усилителей ОР 37, цифроуправляемых аналоговых ключей МАХ4661.
Устройство для моделирования объединенного регулятора потока мощности 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 трансформации и преобразования напряжения 3 (БТПН2), блока статического преобразователя напряжения 9 (БСПН), вычислительного блока конденсаторных батарей 4 (ВБКБ), блоков цифроуправляемой продольной 10 (БЦПрК1), 11 (БЦПрК2) и поперечной 12 (БЦПоК1), 13 (БЦПоК2) коммутации и вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ).
Вычислительный блок трансформатора 14 (ВБТ) и вычислительный блок конденсаторных батарей 4 (ВБКБ) выполняют, путем непрерывного неявного интегрирования, решение дифференциальных уравнений, описывающих процессы в трансформаторе и конденсаторных батареях.
Блок реализации уравнения магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1) решает следующее уравнение:
<mrow><msub><mi>W</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>Ф</mi><mi>A</mi></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>±</mo><msub><mi>L</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>i</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>u</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0,</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
A1
где W - число витков первичной обмотки фазы А;
А
Ф - значение основного магнитного потока фазы А;
A1
L - индуктивность рассеивания первичной обмотки фазы А;
A1
i - значение тока в первичной обмотке фазы А;
A1
R - активное сопротивление первичной обмотки фазы А;
A1
u - значение напряжения первичной обмотки фазы А.
На вход блока реализации уравнения магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1) поступают необходимые для решения переменные: магнитный поток с выхода блока реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН) и напряжение первичной обмотки фазы А с выхода блока формирования фазных напряжений 19 (БФФН) с учетом схем соединения обмоток трансформатора.
На первом и втором выходах блока реализации уравнений магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1) формирует представленные напряжением переменные тока первичной обмотки со знаком минус и плюс соответственно. Переменная тока первичной обмотки со знаком минус поступает на фазу А первого трехфазного выхода вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ). Переменная тока первичной обмотки со знаком плюс поступает на фазу А второго трехфазного выхода вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ) и на вход блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП).
Блок реализации уравнения магнитосвязанных потоком фазы А контуров 21 (БРУМПК2) реализует непрерывное решение уравнения, аналогичного (1). На вход блока реализации уравнения магнитосвязанных потоком фазы А контуров 21 (БРУМПК2) поступают: магнитный поток с выхода блока реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН) и напряжение вторичной обмотки фазы А с выхода блока формирования фазных напряжений 19 (БФФН). Блок реализации уравнения магнитосвязанных потоком фазы А контуров 21 (БРУМПК2) формирует на выходе представленную напряжением переменную тока вторичной обмотки со знаком плюс, которая поступает на третий трехфазный выход вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ). Переменная тока первичной обмотки поступает на фазу А третьего трехфазного выхода вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ) и на вход блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП).
Блоки реализации уравнений магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1), 21 (БРУМПК2) содержат цифроаналоговые преобразователи, с помощью которых реализуются коэффициенты уравнения (1). Управление цифроаналоговыми преобразователями осуществляет блок микропроцессоров 1 (БМ).
Блок реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН) осуществляет решение уравнения вида:
<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>μ</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>A</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>A</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>;</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
µA
µA
µA
А
где F - намагничивающая сила электромагнитной системы фазы А трансформатора, определяемая кривой намагничивания F≡i=ƒ(Ф).
На вход блока реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН) поступают выраженные напряжением фазные токи с выходов блоков реализации уравнений магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1), 21 (БРУМПК2).
Выходными величинами являются: нелинейно пропорциональный току намагничивания магнитный поток фазы А, который подается на входы блоков реализации уравнений магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1), 21 (БРУМПК2) и вход блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП), а также ток намагничивания, который подается на вход блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП). Кривая намагничивания задается в блоке микропроцессоров 1 (БМ) таблично или с помощью кусочно-линейной или нелинейной аппроксимации, например:
<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>μ</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>≡</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>μ</mi><mi>A</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>μ</mi><mi>A</mi></mrow></msub><msubsup><mi>Ф</mi><mi>A</mi><mi>P</mi></msubsup><mo>;</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
µA
где К - коэффициент размерности, реализуемый при переходе к относительным единицам измерения;
µA
µA
А
p - показатель степени, принимаемый р=3 или р=5, хотя наиболее эффективная аппроксимация нелинейной зависимости F≡i=ƒ(Ф) достигается при нецелых значениях р.
Блок микропроцессоров 1 (БМ), на основе заданной кривой намагничивания, управляет цифроаналоговым преобразователем блока реализации уравнения баланса магнитодвижущих сил и кривой намагничивания 22 (БРУБМСиКН), реализующим коэффициент нелинейной пропорциональности тока намагничивания и магнитного потока.
Мгновенные значения фазных напряжений подаются на входы блока формирования фазных напряжений 19 (БФФН) с трехфазных входов вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ). Блок микропроцессоров 1 (БМ) осуществляет управление аналоговыми ключами блока формирования фазных напряжений 9 (БФФН). В зависимости от положения этих ключей формируются переменные фазных напряжений на выходах блока формирования фазных напряжений 19 (БФФН) с учетом схемы соединения обмоток.
С выходов блока формирования фазных напряжений 19 (БФФН) переменные фазных напряжений поступают на входы блоков реализации уравнений магнитосвязанных потоком фазы А контуров 20 (БРУМПК1), 21 (БРУМПК2), на входы блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП) и на входы блоков реализации уравнений фазы В 17 (БРУФ В) и С 18 (БРУФ С) трансформатора.
Блоки реализации уравнений фазы В 17 (БРУФ В) и С 18 (БРУФ С) осуществляют решение уравнений аналогичных (1) и (2) и в результате формируют на выходах выраженные напряжениями переменные фазных токов первичных и вторичных обмоток трансформатора, основных магнитных потоков и токов намагничивания, которые поступают на входы блока многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП). С выходов блоков реализации уравнений фазы В 17 (БРУФ В) и С 18 (БРУФ С) переменные фазных токов первичных и вторичных обмоток трансформатора поступают на соответствующие фазы трехфазных выходов вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ).
С трехфазных выходов вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ) переменные фазных токов, выраженные напряжениями, поступают на блоки преобразователей напряжение-ток 6 (БПНТ1), 7 (БПНТ2), 8 (БПНТ3), которые преобразуют их в физические фазные токи. Трехфазные напряжения, на выходах блоков преобразователей напряжение-ток 6 (БПНТ1), 7 (БПНТ2), 8 (БПНТ3), естественным образом сформированные в результате протекающих физических токов, поступают на трехфазные входы вычислительного блока трансформатора 14 (ВБТ).
Блоки цифроуправляемой продольной коммутации 10 (БЦПрК1), 11 (БЦПрК1) осуществляют физическое подключение/отключение устройства для моделирования объединенного регулятора потока мощности к внешним устройствам, например к другим моделирующим устройствам или к физическому оборудованию. Блоки цифроуправляемой поперечной коммутации 12 (БЦПоК1) и 13 (БЦПоК2) осуществляют междуфазные замыкания и замыкания на землю. Управление состояниями цифроуправляемых аналоговых ключей блоков цифроуправляемой продольной 10 (БЦПрК1), 11 (БЦПрК1) и поперечной 12 (БЦПоК1), 13 (БЦПоК2) коммутаций осуществляет блок микропроцессоров 1 (БМ).
Блок статического преобразователя напряжения 9 (БСПН) осуществляет преобразование трехфазного напряжения переменного тока в трехуровневые напряжения постоянного тока, которое поступает на выходы постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1).
Преобразование напряжения осуществляется за счет коммутации управляемых по цифровым входам цифроуправляемых ключей 26 (ЦК1), 27 (ЦК2), 28 (ЦК3), 29 (ЦК4), 30 (ЦК5), 31 (ЦК6) и цифроуправляемых ключей блоков фаз статического преобразователя напряжения В 24 (БФСПН2), С 25 (БФСПН3). Управление преобразованием напряжения осуществляет блок микроконтроллеров 1 (БМ) в соответствии с заданным алгоритмом, например в соответствии с 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].
Трехуровневые напряжения постоянного тока, сформированные на выходах блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1), поступают на входы вычислительного блока конденсаторных батарей 4 (ВБКБ).
Блок реализации уравнений конденсатора 32 (БРУК1) реализует непрерывное решение дифференциальных уравнений, описывающих процессы в первом конденсаторе:
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><mtable columnalign="left"><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>C</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>C</mi><mn>11</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>C</mi><mn>12</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><mn>1</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>;</mo></mrow></mtd></mtr><mtr columnalign="left"><mtd columnalign="left"><mrow><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></mrow></mtd></mtr></mtable><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow>
C1
где i - ток первого конденсатора;
C11
u - напряжение на первом конце первого конденсатора;
C12
u - напряжение на втором конце первого конденсатора;
CC1
u - емкостное напряжение первого конденсатора;
C1
C - емкость первого конденсатора;
C1
R - активное сопротивление, характеризующее активные потери в первом конденсаторе цепи постоянного тока объединенного регулятора потока мощности.
На входы блока реализации уравнений конденсатора 32(БРУК1) поступают необходимые для решения переменные:
напряжение на первом конце конденсатора, поступающего от первого выхода постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1);
напряжение на втором конце первого конденсатора от второго выхода постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1).
C1
Блок реализации уравнений конденсатора 32 (БРУК1) на выходе формирует ток первого конденсатора i, выраженный напряжением.
Блок реализации уравнений конденсатора 33 (БРУК2) реализует непрерывное решение дифференциальных уравнений второго конденсатора аналогичных (3).
На входы блока реализации уравнений конденсатора 33 (БРУК2) поступают необходимые для решения переменные:
напряжение на первом конце конденсатора, поступающего от второго выхода постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1);
напряжение на втором конце первого конденсатора от третьего выхода постоянного тока блока трансформации и преобразования напряжения 2 (БТПН1).
C2
Блок реализации уравнений конденсатора 33 (БРУК2) на выходе формирует ток второго конденсатора i, выраженный напряжением.
Блоки реализации уравнений конденсаторов 32 (БРУК1), 33 (БРУК2) содержат цифроаналоговые преобразователи, с помощью которых реализуются коэффициенты уравнения (3). Управление цифроаналоговыми преобразователями осуществляет блок микропроцессоров 1 (БМ).
С выходов блоков реализации уравнений конденсаторов 32 (БРУК1) и 33 (БРУК2) представленные напряжением математические переменные токов поступают на входы блока формирования тока нулевой точки 34 (БФТНТ), который осуществляет их суммирование.
В итоге, сформированные на выходах блока реализации уравнений конденсатора 32 (БРУК1), блока формирования тока нулевой точки
34 (БФТНТ) и блока реализации уравнений конденсатора 33 (БРУК2), представленные напряжением, математические переменные токов поступают на входы блока преобразователей напряжение-ток 15 (БПНТ4), который преобразует их в модельные физические токи.
Результаты непрерывного решения дифференциальных уравнений типа (3) поступают из блоков реализации уравнений конденсатора 32 (БРУК1), 33 (БРУК2) в блок многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП).
Блок многоканального аналого-цифрового преобразования 5 (БМАЦП) оцифровывает поступающие на его входы переменные и передает их в блок микропроцессоров 1 (БМ), а из него по компьютерной сети в персональный компьютер/сервер.
Блок микропроцессоров 1 (БМ) реализует алгоритм цифровой системы автоматического управления объединенного регулятора потока мощности.
Таким образом, устройство позволяет моделировать объединенный регулятор потока мощности с моделью энергосистемы, моделировать нормальные, аварийные и послеаварийные процессы, а также автоматизировано и автоматически изменять параметры модели объединенного регулятора потока мощности и отображать результаты моделирования на персональном компьютере.