УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВСТАВКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
DEVICE FOR SIMULATING DC INSERT IN POWER SYSTEMS

Изобретение относится к области моделирования объектов энергетических систем и может быть использовано для воспроизведения в реальном времени непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов функционирования вставки постоянного тока и ее конструктивных элементов с управляемыми параметрами, в том числе в составе специализированных многопроцессорных программно-технических систем гибридного типа, предназначенных для всережимного моделирования в реальном времени крупных энергетических систем.
Известно устройство для физического моделирования вставки постоянного тока с неуправляемыми параметрами, выполненное на основе преобразователей напряжения [Булыгина М.А., Гущина Т.А., Кирьенко Г.В., Кощеев Л.А., Шлайфштейн В.А. Режимы работы передач и вставок постоянного тока, выполненных на основе преобразователей напряжения // Электрические станции. - 2004. - №5. - С. 34-43], которое выбрано в качестве прототипа. Это устройство содержит блоки моделирования цепи постоянного тока, образуемой накопительными емкостями этой цепи, одинаковые блоки моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока, образованные блоками моделирования трансформаторов, реакторов, фильтров, статических преобразователей напряжения, а также регулятор напряжения и регулятор активной мощности.
Первый трехфазный вход/выход блока моделирования трансформатора блока моделирования первой стороны переменного тока вставки постоянного тока является первым трехфазным входом/выходом устройства. Второй трехфазный вход/выход блока моделирования трансформатора, трехфазные входы/выходы блоков моделирования реакторов и фильтра блока моделирования первой стороны переменного тока вставки постоянного тока соединены между собой. Другой трехфазный вход/выход блока моделирования реакторов блока моделирования первой стороны переменного тока вставки постоянного тока соединен с трехфазным входом/выходом блока моделирования статического преобразователя напряжения блока моделирования первой стороны переменного тока вставки постоянного тока. Трехполюсный вход/выход блока моделирования статического преобразователя напряжения блока моделирования первой стороны переменного тока вставки постоянного тока соединен с трехполюсным входом/выходом блока моделирования цепи постоянного тока. Другой трехполюсный вход/выход блока моделирования цепи постоянного тока соединен с трехполюсным входом/выходом блока моделирования статического преобразователя напряжения блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока. Первый трехфазный вход/выход блока моделирования трансформатора блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока является вторым трехфазным входом/выходом устройства. Управляющий вход первого преобразователя напряжения соединен с регулятором напряжения. Управляющий вход второго преобразователя напряжения соединен с регулятором активной мощности. Нейтрали блоков моделирования фильтра блоков моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока и блока моделирования цепи постоянного тока соединены между собой.
Недостатками этого устройства являются: 1) отсутствие управляемости параметров блоков моделирования трансформаторов, реакторов, фильтров блоков моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока и блока моделирования цепи постоянного тока, исключающее моделирование различных вставок постоянного тока и учета влияния внешних факторов на параметры моделируемых конструктивных элементов (трансформаторов, реакторов, фильтров и цепи постоянного тока); 2) отсутствие возможности моделирования различных анормальных режимов и процессов вставки постоянного тока и ее конструктивных элементов; 3) отсутствие возможности использования устройства в средствах моделирования крупных энергетических систем в силу известных ограничений физического моделирования, определяемых критериями подобия [Веников В.А. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики). Изд. 2, доп. и перераб. 1976. С. 93-120].
Задачей изобретения является создание устройства для моделирования вставки постоянного тока с изменяемыми и автоматически управляемыми параметрами ее конструктивных элементов, обеспечивающее полное и достоверное воспроизведение в реальном времени непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов функционирования вставки постоянного тока и ее конструктивных элементов.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство для моделирования вставки постоянного тока в энергетических системах, также как в прототипе, содержит блок моделирования цепи постоянного тока, одинаковые блоки моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока, образованные блоками моделирования трансформатора, реакторов, фильтра, статического преобразователя напряжения; первый трехфазный вход/выход блока моделирования трансформатора является первым трехфазным входом/выходом устройства; второй трехфазный вход/выход блока моделирования трансформатора соединен с одним из трехфазных входов/выходов блока моделирования реакторов, другой трехфазный вход/выход которого соединен с трехфазным входом/выходом блока моделирования статического преобразователя напряжения; трехполюсный вход/выход блока моделирования статического преобразователя напряжения соединен с одним из трехполюсных входов/выходов блока моделирования цепи постоянного тока, другой трехполюсный вход/выход которого соединен с блоком моделирования статического преобразователя напряжения блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока; трехфазный вход/выход блока моделирования трансформатора блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока является вторым трехфазным входом/выходом устройства.
Согласно изобретению одинаковые блоки моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока дополнительно содержат первый блок цифроуправляемой продольной коммутации. Блок моделирования трансформатора содержит блок моделирования фазы А трансформатора, который соединен с первым, вторым и третьим преобразователями напряжение-ток, блок моделирования фазы В трансформатора, который соединен с четвертым, пятым и шестым преобразователями напряжение-ток, блок моделирования фазы С трансформатора, который соединен с седьмым, восьмым и девятым преобразователями напряжение-ток. Блок формирования напряжений соединен с блоками моделирования фаз A, B и C трансформатора и по каналам обратной связи с объединенными между собой:
первым преобразователем напряжение-ток, вторым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и первым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации;
вторым преобразователем напряжение-ток, третьим блоком цифроуправляемой продольной коммутации и вторым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации;
третьим преобразователем напряжение-ток, четвертым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и третьим блоком цифроуправляемой поперечной коммутации;
четвертым преобразователем напряжение-ток, вторым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и первым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации;
пятым преобразователем напряжение-ток, третьим блоком цифроуправляемой продольной коммутации и вторым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации;
шестым преобразователем напряжение-ток, четвертым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и третьим блоком цифроуправляемой поперечной коммутации;
седьмым преобразователем напряжение-ток, вторым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и первым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации;
восьмым преобразователем напряжение-ток, третьим блоком цифроуправляемой продольной коммутации и вторым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации;
девятым преобразователем напряжение-ток, четвертым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и третьим блоком цифроуправляемой поперечной коммутации.
Второй блок цифроуправляемой продольной коммутации является первым трехфазным входом/выходом устройства. Третий блок цифроуправляемой продольной коммутации соединен с первым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и с объединенными между собой блоком моделирования фазы А реактора, четвертым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации, десятым преобразователем напряжение-ток, а также с объединенными между собой блоком моделирования фазы В реактора, четвертым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации, двенадцатым преобразователем напряжение-ток, а также с объединенными между собой блоком моделирования фазы С реактора, четвертым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации, четырнадцатым преобразователем напряжение-ток.
Четвертый блок цифроуправляемой продольной коммутации соединен с первым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и с объединенными между собой блоком моделирования фазы А фильтра, шестнадцатым преобразователем напряжение-ток, а также с объединенными между собой блоком моделирования фазы В фильтра, семнадцатым преобразователем напряжение-ток, а также с объединенными между собой блоком моделирования фазы С фильтра, восемнадцатым преобразователем напряжение-ток.
Причем блок моделирования реакторов содержит блок моделирования фазы А реактора, который соединен с десятым и одиннадцатым преобразователями напряжение-ток, блок моделирования фазы В реактора, который соединен с двенадцатым и тринадцатым преобразователями напряжение-ток, блок моделирования фазы С реактора, который соединен с четырнадцатым и пятнадцатым преобразователями напряжение-ток.
В то же время десятый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой первым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, третьим блоком цифроуправляемой продольной коммутации, четвертым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования фазы А реактора.
Одиннадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой блоком моделирования статического преобразователя напряжения, пятым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования фазы А реактора.
Двенадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой первым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, третьим блоком цифроуправляемой продольной коммутации, четвертым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования фазы В реактора.
Тринадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой блоком моделирования статического преобразователя напряжения, пятым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования фазы В реактора.
Четырнадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой первым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, третьим блоком цифроуправляемой продольной коммутации четвертым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования фазы С реактора.
Пятнадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой блоком моделирования статического преобразователя напряжения, пятым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования фазы С реактора.
Причем блок моделирования фильтра содержит блок моделирования фазы А фильтра, который соединен с шестнадцатым преобразователем напряжение-ток, блок моделирования фазы В фильтра, который соединен с семнадцатым преобразователем напряжение-ток, блок моделирования фазы С фильтра, который соединен с восемнадцатым преобразователем напряжение-ток.
В то же время шестнадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой первым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, четвертым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования фазы А фильтра.
Семнадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой первым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, четвертым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и по каналу обратной связи с блоком моделирования фазы В фильтра.
Восемнадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой первым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, четвертым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и по каналу обратной связи с блоком моделирования фазы С фильтра.
Причем блок моделирования цепи постоянного тока содержит блок моделирования положительного полюса цепи постоянного тока, который соединен с девятнадцатым и двадцатым преобразователями напряжение-ток, блок моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока, который соединен с двадцать первым и двадцать вторым преобразователями напряжение-ток, блок формирования напряжения нейтрали, который соединен с двадцать третьим и двадцать четвертым преобразователями напряжение-ток.
В то же время девятнадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой пятым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, шестым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования положительного полюса цепи постоянного тока.
Двадцатый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой шестым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, седьмым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования положительного полюса цепи постоянного тока.
Двадцать первый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой пятым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, шестым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока.
Двадцать второй преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой шестым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, седьмым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и по каналу обратной связи блоком моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока.
Двадцать третий преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой пятым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, шестым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации и по каналу обратной связи блоком формирования напряжения нейтрали.
Двадцать четвертый преобразователь напряжение-ток соединен с объединенными между собой шестым блоком цифроуправляемой продольной коммутации, седьмым блоком цифроуправляемой продольной коммутации и по каналу обратной связи блоком формирования напряжения нейтрали.
В то же время пятый блок цифроуправляемой продольной коммутации соединен с моделирования статического преобразователя.
Шестой блоком цифроуправляемой продольной коммутации соединен с блоком моделирования второй сторон переменного тока вставки постоянного тока, одни из трехфазных входов/выходов которого являются вторым трехфазным входом/выходом устройства.
Причем между собой соединены центральный процессор, процессор коммутации и процессор аналого-цифрового преобразования, к которому подключен блок многоканального аналого-цифрового преобразования.
Центральный процессор подключен к компьютеру/серверу и к блокам моделирования фаз А, В и С трансформатора, блокам моделирования фаз А, В и С реактора, блокам моделирования фаз А, В и С фильтра, блоку моделирования положительного полюса цепи постоянного тока, блоку моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока, блоку формирования напряжения нейтрали.
В то же время процессор коммутации подключен к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому блокам цифроуправляемой продольной коммутации, к первому, второму, третьему, четвертому, пятому, шестому и седьмому блокам цифроуправляемой поперечной коммутации, к блоку формирования напряжений, блоку моделирования статического преобразователя напряжения.
Причем к блоку многоканального аналого-цифрового преобразования подключены блоки моделирования фаз А, В и С трансформатора, блоки формирования напряжений, блоки моделирования фаз А, В и С реактора, блоки моделирования фаз А, В и С фильтра, блок моделирования положительного полюса цепи постоянного тока, блок моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока, блок формирования напряжения нейтрали.
Блок моделирования статического преобразователя содержит одинаковые блоки моделирования фаз А, В и С статического преобразователя напряжения, каждый из которых содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой блоки цифроуправляемых аналоговых ключей, которые подключены к процессору коммутации.
В то же время первый и второй блоки цифроуправляемых аналоговых ключей соединены между собой и с объединенными между собой блоком моделирования фазы А реактора, одиннадцатым преобразователем напряжение-ток и пятым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации.
Блок моделирования фазы В статического преобразователя напряжения соединен с объединенными между собой блоком моделирования фазы В реактора, тринадцатым преобразователем напряжение-ток и пятым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации.
Блок моделирования фазы С статического преобразователя напряжения соединен с объединенными между собой блоком моделирования фазы С реактора, пятнадцатым преобразователем напряжение-ток и пятым блоком цифроуправляемой поперечной коммутации.
Первый блок цифроуправляемых аналоговых ключей соединен с третьим и четвертым блоками цифроуправляемых аналоговых ключей.
Второй блок цифроуправляемых аналоговых ключей соединен с пятым и шестым блоками цифроуправляемых аналоговых ключей.
Третий блок цифроуправляемых аналоговых ключей, блоки моделирования фаз В и С статического преобразователя напряжения и пятый блок цифроуправляемой продольной коммутации соединены между собой.
Четвертый и шестой блоки цифроуправляемых аналоговых ключей, блоки моделирования фаз В и С статического преобразователя напряжения и пятый блок цифроуправляемой продольной коммутации соединены между собой.
Пятый блок цифроуправляемых аналоговых ключей, блоки моделирования фаз В и С статического преобразователя напряжения и пятый блок цифроуправляемой продольной коммутации соединены между собой.
Предложенное устройство для моделирования вставки в энергетических системах постоянного тока, по сравнению прототипом, имеет расширенные функциональные и информационные возможности моделирования вставки постоянного тока, так как обеспечивает воспроизведение единого непрерывного спектра квазиустановившихся и переходных процессов в реальном времени и на неограниченном интервале времени в вставке постоянного токаи и ее конструктивных элементах при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах работы вставки постоянного тока и энергетической системы. Устройство обеспечивает непрерывное неявное методически точное интегрирование с гарантированной приемлемой точностью систем дифференциальных уравнений трехфазных достаточно полных и достоверных математических моделей конструктивных элементов устройства. Автоматизированное и автоматическое управление, в том числе функциональное, параметрами блоков моделирования трансформаторов, фильтров, реакторов, статических преобразователей напряжения блоков моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока и блока моделирования цепи постоянного тока и устройства в целом, а также все информационно-управляющие функции устройства обеспечено использованием аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований. Преобразование с помощью преобразователей напряжение-ток непрерывных математических переменных фазных токов моделируемых конструктивных элементов устройства в соответствующие им модельные физические токи обеспечивает адекватное воспроизведение спектра всевозможных трехфазных продольных и поперечных коммутаций, включая пофазные, а также естественное взаимодействие конструктивных элементов и устройства в целом в аналогичных программно-технических системах моделирования в реальном времени крупных энергетических систем.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для моделирования вставки постоянного тока в энергетических системах.
На фиг. 2 изображена структурная схема блока моделирования трансформатора 8 (БМТ).
На фиг. 3 изображена структурная схема блока моделирования реакторов 9 (БМР).
На фиг. 4 изображена структурная схема блока моделирования фильтра 10 (БМФ).
На фиг. 5 изображена структурная схема блока моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН).
На фиг. 6 изображена структурная схема блока моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ).
На фиг. 7 изображена схема замещения фазы моделируемого фильтра.
На фиг. 8 изображена схема замещения фазы моделируемого реактора.
На фиг. 9 изображена схема замещения полюса моделируемой цепи постоянного тока.
Устройство для моделирования вставки постоянного тока в энергетических системах (фиг. 1) состоит из центрального процессора 1 (ЦП), процессора коммутации 2 (ПК), процессора аналого-цифрового преобразования 3 (ПАЦП), блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП), блока моделирования первой стороны переменного тока вставки постоянного тока 5 (БМ1С), блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока 6 (БМ2С), блока моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ).
Блоки моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока 5 (БМ1С) и 6 (БМ2С) выполнены одинаково, и каждый содержит блок моделирования трансформатора 8 (БМТ), блок моделирования реакторов 9 (БМР), блок моделирования фильтра 10 (БМФ), блок моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН), блок цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1).
Цифровые входы/выходы центрального процессора 1 (ЦП), процессора коммутации 2 (ПК) и процессора аналого-цифрового преобразования 3 (ПАЦП) соединены между собой.
Цифровые входы/выходы процессора аналого-цифрового преобразования 3 (ПАЦП) и блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) соединены между собой.
Цифровые входы/выходы центрального процессора 1 (ЦП) подключены к компьютеру/серверу.
Цифровые выходы центрального процессора 1 (ЦП) подключены к цифровым входам управления параметрами блока моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ); блока моделирования трансформатора 8 (БМТ), блока моделирования реакторов 9 (БМР), блока моделирования фильтра 10 (БМФ) блоков моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока 5 (БМ1С) и 6 (БМ2С).
Цифровые выходы процессора коммутации 2 (ПК) подключены к цифровым входам управления параметрами блока моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ); блока моделирования трансформатора 8 (БМТ), блока моделирования реакторов 9 (БМР), блока моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН), блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) блоков моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока 5 (БМ1С) и 6 (БМ2С).
Первый трехфазный вход/выход блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) является первым трехфазным входом/выходом устройства. Второй трехфазный вход/выход блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) соединен с одним из трехфазных входов/выходов блока моделирования реакторов 9 (БМР) и с одним из трехфазных входов/выходов блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1).
Другой трехфазный вход/выход блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) соединен с третьим трехфазным входом/выходом блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) и с трехфазным входом/выходом блока моделирования фильтра 10 (БМФ).
Другой трехфазный вход/выход блока моделирования реакторов 9 (БМР) соединен с трехфазным входом/выходом блока моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН), трехполюсный вход/выход которого соединен с одним из трехполюсных входов/выходов блока моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ). Другой трехполюсный вход/выход блока моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ) соединен с блоком моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока 6 (БМ2С). Первый трехфазный вход/выход блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока 6 (БМ2С) является вторым трехфазным входом/выходом устройства.
Аналоговые входы блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) соединены с блоком моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ); с блоками моделирования трансформатора 8 (БМТ), реакторов 9 (БМР) и фильтра 10 (БМФ) блоков моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока 5 (БМ1С) и 6 (БМ2С).
Блок моделирования трансформатора 8 (БМТ) (фиг. 2) содержит блок моделирования фазы А трансформатора 13 (БМфАТ), блок моделирования фазы В трансформатора 14 (БМфВТ), блок моделирования фазы С трансформатора 15 (БМфСТ), блок формирования напряжений 16 (БФН), блоки цифроуправляемой продольной коммутации 17 (БЦПрК2), 18 (БЦПрК3), 19 (БЦПрК4), блоки цифроуправляемой поперечной коммутации 20 (БЦПоК1), 21 (БЦПоК2), 22 (БЦПоК3) и преобразователи напряжение-ток 23 (ПНТ1), 24 (ПНТ2), 25 (ПНТ3), 26 (ПНТ4), 27 (ПНТ5), 28 (ПНТ6), 29 (ПНТ7), 30 (ПНТ8), 31 (ПНТ9).
Цифровые входы блоков моделирования фаз А, В и С трансформатора 13 (БМфАТ), 14 (БМфВТ) и 15 (БМфСТ) подключены к центральному процессору 1 (ЦП).
Цифровые входы блока формирования напряжений 16 (БФН), блоков цифроуправляемой продольной коммутации 17 (БЦПрК2), 18 (БЦПрК3), 19 (БЦПрК4) и блоков цифроуправляемой поперечной коммутации 20 (БЦПоК1), 21 (БЦПоК2), 22 (БЦПоК3) подключены к процессору коммутации 2 (ПК).
Аналоговые выходы блока моделирования фазы А трансформатора 13 (БМфАТ) соединены с входами преобразователей напряжение-ток 23 (ПНТ1), 24 (ПНТ2), 25 (ПНТ3) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Аналоговые выходы блока моделирования фазы В трансформатора 14 (БМфВТ) соединены с входами преобразователей напряжение-ток 26 (ПНТ4), 27 (ПНТ5), 28 (ПНТ6) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Аналоговые выходы блока моделирования фазы С трансформатора 15 (БМфСТ) соединены с входами преобразователей напряжение-ток 29 (ПНТ7), 30 (ПНТ8), 31 (ПНТ9) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Аналоговые входы блоков моделирования фаз А, В и С трансформатора 13 (БМфАТ), 14 (БМфВТ) и 15 (БМфСТ) соединены с выходами блока формирования напряжений 16 (БФН), эти же выходы которого соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Выходы преобразователей напряжение-ток 23 (ПНТ1), 26 (ПНТ4), 29 (ПНТ7) соединены с одним из трехфазных входов/выходов блока цифроуправляемой продольной коммутации 17 (БЦПрК2), с трехфазным входом/выходом блока цифроуправляемой поперечной коммутации 20 (БЦПоК1) и с блоком формирования напряжений 16 (БФН).
Другой трехфазный вход/выход блока цифроуправляемой продольной коммутации 17 (БЦПрК2) является первым трехфазным входом/выходом блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) блока моделирования первой стороны переменного тока вставки постоянного тока 5 (БМ1С).
Аналогичным образом, один из трехфазных входов/выходов блока цифроуправляемой продольной коммутации 17 (БЦПрК2) блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока 6 (БМ2С) является первым трехфазным входом/выходом блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока 6 (БМ2С).
Выходы преобразователей напряжение-ток 24 (ПНТ2), 27 (ПНТ5), 30 (ПНТ8) соединены с одним из трехфазных входов/выходов блока цифроуправляемой продольной коммутации 18 (БЦПрК3), с трехфазным входом/выходом блока цифроуправляемой поперечной коммутации 21 (БЦПоК2) и с блоком формирования напряжений 16 (БФН).
Другой трехфазный вход/выход блока цифроуправляемой продольной коммутации 18 (БЦПрК3), который является вторым трехфазным входом/выходом блока моделирования трансформатора 8 (БМТ), соединен с одним из трехфазных входов/выходов блока моделирования реакторов 9 (БМР) и с одним из трехфазных входов/выходов блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1).
Выходы преобразователей напряжение-ток 25 (ПНТ3), 28 (ПНТ6), 31 (ПНТ9) соединены с одним из трехфазных входов/выходов блока цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК4), с трехфазным входом/выходом блока цифроуправляемой поперечной коммутации 22 (БЦПоК3) и с блоком формирования напряжений 16 (БФН).
Другой трехфазный вход/выход блока цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК4), который является третьим трехфазным входом/выходом блока моделирования трансформатора 8 (БМТ), соединен с трехфазными входами/выходами блока моделирования фильтра 10 (БМФ) и с трехфазным входом/выходом блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1).
Блок моделирования реакторов 9 (БМР) (фиг. 3) содержит блок моделирования фазы А реактора 32 (БМфАР), блок моделирования фазы В реактора 33 (БМфВР), блок моделирования фазы С реактора 34 (БМфСР), блоки цифроуправляемой поперечной коммутации 35 (БЦПоК4), 36 (БЦПоК5) и преобразователи напряжение-ток 37 (ПНТ10), 38 (ПНТ11), 39 (ПНТ12), 40 (ПНТ13), 41 (ПНТ14), 42 (ПНТ15).
Цифровые входы блоков моделирования фаз А, В и С реактора 32 (БМфАР), 33 (БМфВР) и 34 (БМфСР) подключены к центральному процессору 1 (ЦП).
Цифровые входы блоков цифроуправляемой поперечной коммутации 35 (БЦПоК4) и 36 (БЦПоК5) подключены к процессору коммутации 2 (ПК).
Аналоговые выходы блока моделирования фазы А реактора 32 (БМфАР) соединены с входами преобразователей напряжение-ток 37 (ПНТ10) и 38 (ПНТ11), с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Аналоговые выходы блока моделирования фазы В реактора 33 (БМфВР) соединены с входами преобразователей напряжение-ток 39 (ПНТ12) и 40 (ПНТ13), с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Аналоговые выходы блока моделирования фазы С реактора 34 (БМфСР) соединены с входами преобразователей напряжение-ток 41 (ПНТ14) и 42 (ПНТ15), с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Выход преобразователя напряжение-ток 37 (ПНТ10) соединен с фазой А трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 35 (БЦПоК4), с фазой А второго трехфазного входа/выхода блока моделирования трансформатора 8 (БМТ), с фазой А трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) и с блоком моделирования фазы А реактора 32 (БМфАР).
Выход преобразователя напряжение-ток 39 (ПНТ12) соединен с фазой В трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 35 (БЦПоК4), с фазой В второго трехфазного входа/выхода блока моделирования трансформатора 8 (БМТ), с фазой В трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) и с блоком моделирования фазы В реактора 33 (БМфВР).
Выход преобразователя напряжение-ток 41 (ПНТ13) соединен с фазой С трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 35 (БЦПоК4), с фазой С второго трехфазного входа/выхода блока моделирования трансформатора 8 (БМТ), с фазой С трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) и с блоком моделирования фазы С реактора 34 (БМфСР).
Выход преобразователя напряжение-ток 38 (ПНТ11) соединен с фазой А трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК5), с фазой А трехфазного входа/выхода блока моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) и с блоком моделирования фазы А реактора 32 (БМфАР).
Выход преобразователя напряжение-ток 40 (ПНТ13) соединен с фазой В трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК5), с фазой В трехфазного входа/выхода блока моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) и с блоком моделирования фазы В реактора 33 (БМфВР).
Выход преобразователя напряжение-ток 42 (ПНТ15) соединен с фазой С трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК5), с фазой С трехфазного входа/выхода блока моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) и с блоком моделирования фазы С реактора 34 (БМфСР).
Блок моделирования фильтра 10 (БМФ) (фиг. 4) содержит блок моделирования фазы А фильтра 43 (БМфАФ), блок моделирования фазы В фильтра 44 (БМфВФ), блок моделирования фазы С фильтра 45 (БМфСФ) и преобразователи напряжение-ток 46 (ПНТ16), 47 (ПНТ17), 48 (ПНТ18).
Цифровые входы блоков моделирования фаз А, В и С фильтра 43 (БМфАФ), 44 (БМфВФ), 45 (БМфСФ) подключены к центральному процессору 1 (ЦП).
Аналоговые выходы блока моделирования фазы А фильтра 44 (БМфАФ) соединены с входом преобразователя напряжение-ток 46 (ПНТ16) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Аналоговые выходы блока моделирования фазы В фильтра 45 (БМфВФ) соединены с входом преобразователя напряжение-ток 47 (ПНТ17) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Аналоговые выходы блока моделирования фазы С фильтра 46 (БМфСФ) соединены с входом преобразователя напряжение-ток 48 (ПНТ18) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Выход преобразователя напряжение-ток 46 (ПНТ16) соединен с блоком моделирования фазы А фильтра 43 (БМфАФ), с фазой А третьего трехфазного входа/выхода блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) и с фазой А трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1).
Выход преобразователя напряжение-ток 47 (ПНТ17) соединен с блоком моделирования фазы В фильтра 44 (БМфВФ), с фазой В третьего трехфазного входа/выхода блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) и с фазой В трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1).
Выход преобразователя напряжение-ток 48 (ПНТ18) соединен с блоком моделирования фазы С фильтра 45 (БМфСФ), с фазой С третьего трехфазного входа/выхода блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) и с фазой С трехфазного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1).
Блок моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) (фиг. 5) содержит блок моделирования фазы А статического преобразователя напряжения 49 (БМфАСПН), блок моделирования фазы В статического преобразователя напряжения 50 (БМфВСПН), блок моделирования фазы С статического преобразователя напряжения 51 (БМфССПН), каждый из которых содержит блоки цифроуправляемых аналоговых ключей 52 (БЦАК1), 53 (БЦАК2), 54 (БЦАК3), 55 (БЦАК4), 56 (БЦАК5), 57 (БЦАК6).
Управляющие входы блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 52 (БЦАЮ), 53 (БЦАК2), 54 (БЦАКЗ), 55 (БЦАК4), 56 (БЦАК5), 57 (БЦАК6) блоков моделирования фаз А, В и С статического преобразователя напряжения 49 (БМфАСПН), 50 (БМфВСПН), 51 (БМфССПН) подключены к процессору коммутации 2 (ПК).
Блоки цифроуправляемых аналоговых ключей 52 (БЦАК1) и 53 (БЦАК2) первыми сторонами соединены между собой и с фазой А трехфазного входа/выхода блока моделирования реакторов 9 (БМР).
Блок моделирования фазы В статического преобразователя напряжения 50 (БМфВСПН) первой стороной соединен с фазой В трехфазного входа/выхода блока моделирования реакторов 9 (БМР).
Блок моделирования фазы С статического преобразователя напряжения 51 (БМфССПН) первой стороной соединен с фазой С трехфазного входа/выхода блока моделирования реакторов 9 (БМР).
Второй стороной блок цифроуправляемых аналоговых ключей 52 (БЦАК1) соединен с первыми сторонами блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 54 (БЦАК3) и 55 (БЦАК4).
Второй стороной блок цифроуправляемых аналоговых ключей 53 (БЦАК2) соединен с первыми сторонами блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 56 (БЦАК5) и 57 (БЦАК6).
Вторая сторона блока цифроуправляемых аналоговых ключей 54 (БЦАК3), положительные полюсы трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фаз В и С статического преобразователя напряжения 50 (БМфВСПН), 51 (БМфССПН) и блока моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ) соединены между собой.
Вторые стороны блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 55 (БЦАК4) и 57 (БЦАК6), нейтральные полюсы трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фаз В и С статического преобразователя напряжения 50 (БМфВСПН), 51 (БМфССПН) и блока моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ) соединены между собой.
Вторая сторона блока цифроуправляемых аналоговых ключей 56 (БЦАК5), отрицательные полюсы трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фаз В и С статического преобразователя напряжения 50 (БМфВСПН), 51 (БМфССПН) и блока моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ) соединены между собой.
Блок моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ) содержит (фиг. 6) блок моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ), блок моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ), блок формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН), блоки цифроуправляемой продольной коммутации 61 (БЦПрК5), 62 (БЦПрК6), блоки цифроуправляемой поперечной коммутации 63 (БЦПоК6), 64 (БЦПоК7) и преобразователи напряжение-ток 65 (ПНТ19), 66 (ПНТ20), 67 (ПНТ21), 68 (ПНТ22), 69 (ПНТ23), 70 (ПНТ24).
Цифровые входы блока моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ), блока моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ), блока формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН) подключены к центральному процессору 1 (ЦП).
Цифровые входы блоков цифроуправляемой продольной коммутации 61 (БЦПрК5), 62 (БЦПрК6) и блоков цифроуправляемой поперечной коммутации 63 (БЦПоК6), 64 (БЦПоК7) подключены к процессору коммутации 2 (ПК).
Аналоговые выходы блока моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ) соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) и с входами преобразователей напряжение-ток 65 (ПНТ19) и 66 (ПНТ20).
Аналоговые выходы блока моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ) соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) и с входами преобразователей напряжение-ток 67 (ПНТ21) и 68 (ПНТ22).
Аналоговые выходы блок формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН) соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) и с входами преобразователей напряжение-ток 69 (ПНТ23) и 70 (ПНТ24).
Выход преобразователя напряжение-ток 65 (ПНТ19) соединен с блоком моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ), с положительным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 61 (БЦПрК5) и с положительным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 63 (БЦПоК6).
Выход преобразователя напряжение-ток 67 (ПНТ21) соединен с блоком моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ), с отрицательным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 61 (БЦПрК5) и с отрицательным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 63 (БЦПоК6).
Выход преобразователя напряжение-ток 69 (ПНТ23) соединен с блоком формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН), с нейтральным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 61 (БЦПрК5) и с нейтральным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 63 (БЦПоК6).
Другой трехполюсный вход/выход блока цифроуправляемой продольной коммутации 61 (БЦПрК5) соединен с трехполюсным входом/выходом блока моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН).
Выход преобразователя напряжение-ток 66 (ПНТ20) соединен с блоком моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ), с положительным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК6) и с положительным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК7).
Выход преобразователя напряжение-ток 68 (ПНТ22) соединен с блоком моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ), с отрицательным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК6) и с отрицательным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК7).
Выход преобразователя напряжение-ток 70 (ПНТ24) соединен с блоком формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН), с нейтральным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК6) и с нейтральным полюсом трехполюсного входа/выхода блока цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК7).
Другой трехполюсный вход/выход блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК6) соединен с трехполюсным входом/выходом блока моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока 6 (БМ2С).
Центральный процессор 1 (ЦП), процессор коммутации 2 (ПК) и процессор аналого-цифрового преобразования 3 (ПАЦП) реализованы с помощью серийных интегральных микросхем.
Блок многоканального аналого-цифрового преобразования 2 (БМАЦП) реализован с помощью серийных интегральных аналого-цифровых преобразователей.
Блоки цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1), 17 (БЦПрК2), 18 (БЦПрК3), 19 (БЦПрК4), 61 (БЦПрК5), 62 (БЦПрК6), блоки цифроуправляемой поперечной коммутации 20 (БЦПоК1), 21 (БЦПоК2), 22 (БЦПоК3), 35 (БЦПоК4), 36 (БЦПоК5), 63 (БЦПоК6), 64 (БЦПоК6), блоки цифроуправляемых аналоговых ключей 52 (БЦАК1), 53 (БЦАК2), 54 (БЦАК3), 55 (БЦАК4), 56 (БЦАК5), 57 (БЦАК6) реализованы с помощью серийных интегральных микросхем цифроуправляемых униполярных аналоговых ключей.
Блок формирования напряжении 16 (БФН) реализован с помощью серийных интегральных микросхем цифроуправляемых униполярных аналоговых ключей и операционных усилителей.
Все преобразователи напряжение-ток 23 (ПНТ1), 24 (ПНТ2), 25 (ПНТ3), 26 (ПНТ4), 27 (ПНТ5), 28 (ПНТ6), 29 (ПНТ7), 30 (ПНТ8), 31 (ПНТ9), 37 (ПНТ10), 38 (ПНТ11), 39 (ПНТ12), 40 (ПНТ13), 41 (ПНТ14), 42 (ПНТ15), 46 (ПНТ16), 47 (ПНТ17), 48 (ПНТ18), 65 (ПНТ19), 66 (ПНТ20), 67 (ПНТ21), 68 (ПНТ22), 69 (ПНТ23), 70 (ПНТ24) реализованы с помощью осуществляющих эту функцию серийных интегральных микросхем.
Блоки моделирования фаз А, В и С трансформатора 13 (БМфАТ), 14 (БМфВТ), 15 (БМфСТ), блоки моделирования фаз А, В и С реактора 32 (БМфАР), 33 (БМфВР), 34 (БМфСР), блоки моделирования фаз А, В и С фильтра 43 (БМфАФ), 42 (БМфВФ), 43 (БМфСФ), блок моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ), блок моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ) и блок формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН) реализованы с помощью серийных интегральных микроэлектронных цифро-аналоговых преобразователей и операционных усилителей.
Устройство для моделирования вставки постоянного тока в энергетических системах работает следующим образом.
При включении напряжения питания из базы данных центрального процессора 1 (ЦП) или из базы данных персонального компьютера/сервера цифровые коды, соответствующие параметрам решаемых в блоке моделирования трансформатора 8 (БМТ), в блоке моделирования реакторов 9 (БМР), в блоке моделирования фильтра 10 (БМФ) блоков моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока 5 (БМ1С) и 6 (БМ2С), а также в блоке моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ) систем дифференциальных уравнений трехфазных математических моделей указанных моделируемых конструктивных элементов устройства передаются и записываются в регистры памяти цифро-аналоговых преобразователей блоков моделирования фаз А, В и С трансформатора 13 (БМфАТ), 14 (БМфВТ), 15 (БМфСТ), блоков моделирования фаз А, В и С реактора 32 (БМфАР), 33 (БМфВР), 34 (БМфСР), блоков моделирования фаз А, В и С фильтра 43 (БМфАФ), 42 (БМфВФ), 43 (БМфСФ), блока моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ), блока моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ) и блока формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН).
В то же время из базы данных процессора коммутации 2 (ПК) соответствующие цифровые коды подаются в блок моделирования трансформатора 8 (БМТ), в блок моделирования реактора 9 (БМР) блоков моделирования первой и второй сторон переменного тока вставки постоянного тока 5 (БМ1С) и 6 (БМ2С), а также в блок моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ) на управляющие входы цифроуправляемых аналоговых ключей блоков цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1), 17 (БЦПрК2), 18 (БЦПрК3), 19 (БЦПрК4), 61 (БЦПрК5), 62 (БЦПрК6), блоков цифроуправляемой поперечной коммутации 20 (БЦПоК1), 21 (БЦПоК2), 22 (БЦПоК3), 35 (БЦПоК4), 36 (БЦПоК5), 63 (БЦПоК6), 64 (БЦПоК6), определяя их состояние.
Аналогичным образом цифровые коды, формируемые в процессоре коммутации 2 (ПК) согласно алгоритму управления, подаются в блок моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) на управляющие входы цифроуправляемых аналоговых ключей блоков 52 (БЦАК1), 53 (БЦАК2), 54 (БЦАК3), 55 (БЦАК4), 56 (БЦАК5), 57 (БЦАК6) блока моделирования фазы А статического преобразователя напряжения 49 (БМфАСПН) и одинаковых ему блоков моделирования фаз В и С статического преобразователя напряжения 50 (БМфВСПН) и 51 (БМфССПН).
Тем самым обеспечивается осуществление всевозможных продольных и поперечных трехфазных коммутаций, включая пофазные, входов/выходов моделируемых конструктивных элементов и устройства для моделирования вставки постоянного тока в энергетических системах в целом на модельном физическом уровне.
В зависимости от включенного или отключенного состояния цифроуправляемых аналоговых ключей блока цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) обеспечивается подключение блока моделирования фильтра 10 (БМФ) к вторичной или третичной обмотке блока моделирования трансформатора 8 (БМТ) в зависимости от вида моделируемого трансформатора связи (двухобмоточного или трехобмоточного).
Таким образом обеспечивается соединение моделируемых конструктивных элементов устройства для моделирования вставки постоянного тока в энергетических системах между собой и исходное положение обозначенных всех блоков и устройства в целом.
Из базы данных процессора коммутации 2 (ПК) соответствующие цифровые коды подаются на управляющие входы цифроуправляемых аналоговых ключей блока формирования напряжений 16 (БФН).
Тем самым на выходах блока формирования напряжений 16 (БФН) и блока формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН) согласно уравнениям формирования линейных и фазных напряжений и напряжения нейтрали формируются соответствующие математические переменные напряжений, который через блок многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) поступают в центральный процессор 1 (ЦП) и по компьютерной сети в персональный компьютер/сервер.
Блок моделирования трансформатора 8 (БМТ), в том числе блоки моделирования фаз А, В и С трансформатора 13 (БМфАТ), 14 (БМфВТ), 15 (БМфСТ), блок моделирования реакторов 9 (БМР), в том числе блоки моделирования фаз А, В и С реактора 32 (БМфАР), 33 (БМфВР), 34 (БМфСР), блок моделирования фильтра 10 (БМФ), в том числе блоки моделирования фаз А, В и С фильтра 43 (БМфАФ), 44 (БМфВФ), 45 (БМфСФ), а также блок моделирования цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ), в том числе блок моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ) и блок моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ) представляют собой параллельные цифро-аналоговые структуры неявного методически точного с гарантированной инструментальной ошибкой непрерывного интегрирования в реальном времени систем дифференциальных уравнений трехфазных математических моделей этих конструктивных элементов устройства.
На выходе блоков моделирования фаз А, В и С трансформатора 13 (БМфАТ), 14 (БМфВТ), 15 (БМфСТ), блоков моделирования фаз А, В и С реактора 32 (БМфАР), 33 (БМфВР), 34 (БМфСР), блоков моделирования фаз А, В и С фильтра 43 (БМфАФ), 44 (БМфВФ), 45 (БМфСФ) в результате решения систем дифференциальных уравнений трехфазных математических моделей конструктивных элементов устройства формируются математические переменные фазных токов, которые представлены непрерывными изменениями напряжений.
С помощью преобразователей напряжение-ток 23 (ПНТ1), 24 (ПНТ2), 25 (ПНТ3), 26 (ПНТ4), 27 (ПНТ5), 28 (ПНТ6), 29 (ПНТ7), 30 (ПНТ8), 31 (ПНТ9), 37 (ПНТ10), 38 (ПНТ11), 39 (ПНТ12), 40 (ПНТ13), 41 (ПНТ14), 42 (ПНТ15), 46 (ПНТ16), 47 (ПНТ17), 48 (ПНТ18) эти математические переменные фазных токов преобразуются в соответствующие им модельные физические токи.
На выходе блока моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ), блока моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ) и блока формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН) в результате решения систем дифференциальных уравнений трехфазных математических моделей конструктивных элементов устройства формируются математические переменные токов полюсов, которые представлены непрерывными изменениями напряжений.
С помощью преобразователей напряжение-ток 65 (ПНТ19), 66 (ПНТ20), 67 (ПНТ21), 68 (ПНТ22), 69 (ПНТ23), 70 (ПНТ24) эти математические переменные токов полюсов преобразуются в соответствующие им модельные физические токи.
На выходах всех указанных преобразователей напряжение-ток формируются определяемые этими токами соответствующие переменные в виде узловых напряжений, которые по каналам обратной связи подаются в соответствующие блоки:
- от преобразователей напряжение-ток 23 (ПНТ1), 24 (ПНТ2), 25 (ПНТ3), 26 (ПНТ4), 27 (ПНТ5), 28 (ПНТ6), 29 (ПНТ7), 30 (ПНТ8), 31 (ПНТ9) к блоку формирования напряжений 16 (БФН) (фиг. 2);
- от преобразователей напряжение-ток 37 (ПНТ10) и 38 (ПНТ11) к блоку моделирования фазы А реактора 32 (БМфАР) (фиг. 3);
- от преобразователей напряжение-ток 39 (ПНТ12) и 40 (ПНТ13) к блоку моделирования фазы В реактора 33 (БМфВР) (фиг. 3);
- от преобразователя напряжение-ток 41 (ПНТ14) и 42 (ПНТ15) к блоку моделирования фазы С реактора 34 (БМфСР) (фиг. 3);
- от преобразователя напряжение-ток 46 (ПНТ16) к блоку моделирования фазы А фильтра 43 (БМфАФ) (фиг. 4);
- от преобразователя напряжение-ток 47 (ПНТ17) к блоку моделирования фазы В фильтра 44 (БМфВФ) (фиг. 4);
- от преобразователя напряжение-ток 48 (ПНТ18) к блоку моделирования фазы С фильтра 45 (БМфСФ) (фиг. 4);
- от преобразователей напряжение-ток 65 (ПНТ19) и 66 (ПНТ20) к блоку моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ) (фиг. 6);
- от преобразователей напряжение-ток 67 (ПНТ21) и 68 (ПНТ22) к блоку моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ) (фиг. 6);
- от преобразователей напряжение-ток 69 (ПНТ23) и 70 (ПНТ24) к блоку формирования напряжения нейтрали 60 (БФНН) (фиг. 6).
Сформированные на выходах преобразователей напряжение-ток 23 (ПНТ1), 26 (ПНТ4), 29 (ПНТ7) переменные в виде узловых напряжений подаются в блок цифроуправляемой поперечной коммутации 20 (БЦПоК1) и в блок цифроуправляемой продольной коммутации 17 (БЦПрК2), один из трехфазных входов/выходов которого является первым трехфазным входом/выходом устройства (фиг. 2).
Сформированные на выходах преобразователей напряжение-ток 24 (ПНТ2), 27 (ПНТ5), 30 (ПНТ8) переменные в виде узловых напряжений подаются в блок цифроуправляемой поперечной коммутации 31 (БЦПоК2) и через блок цифроуправляемой продольной коммутации 17 (БЦПрК3) в блок моделирования реакторов 9 (БМР) и в блок цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) (фиг. 2).
Сформированные на выходах преобразователей напряжение-ток 25 (ПНТ3), 28 (ПНТ6), 31 (ПНТ9) переменные в виде узловых напряжений подаются в блок цифроуправляемой поперечной коммутации 29 (БЦПоК3) и через блок цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК4) в блок моделирования фильтра 10 (БМР) и в блок цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) (фиг. 2).
Сформированные на выходах преобразователей напряжение-ток 37 (ПНТ10), 39 (ПНТ12), 41 (ПНТ14) переменные в виде узловых напряжений подаются в блок моделирования трансформатора 8 (БМТ), в блок цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) и в блок цифроуправляемой поперечной коммутации 35 (БЦПоК4) (фиг. 3).
Сформированные на выходах преобразователей напряжение-ток 38 (ПНТ11), 40 (ПНТ13), 41 (ПНТ15) переменные в виде узловых напряжений подаются в блок моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) и в блок цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК5) (фиг. 4).
Сформированные на выходах преобразователей напряжение-ток 46 (ПНТ16), 47 (ПНТ17), 48 (ПНТ18) переменные в виде узловых напряжений подаются в блок моделирования трансформатора 8 (БМТ) и в блок цифроуправляемой продольной коммутации 12 (БЦПрК1) (фиг. 4).
Сформированные на выходах преобразователей напряжение-ток 65 (ПНТ19), 67 (ПНТ21), 69 (ПНТ23) переменные в виде узловых напряжений подаются в блок цифроуправляемой поперечной коммутации 63 (БЦПоК6) и через блок цифроуправляемой продольной коммутации 61 (БЦПрК5) в блок моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) (фиг. 6).
Сформированные на выходах преобразователей напряжение-ток 66 (ПНТ20), 68 (ПНТ22), 70 (ПНТ24) переменные в виде узловых напряжений подаются в блок цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК7) и через блок цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК6) в блок моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) блока моделирования второй стороны переменного тока вставки постоянного тока 6 (БМ2С) (фиг. 6).
Также в результате решения систем дифференциальных уравнений трехфазных математических моделей конструктивных элементов устройства на выходе блоков моделирования фаз А, В и С трансформатора 13 (БМфАТ), 14 (БМфВТ), 15 (БМфСТ) формируются математические переменные основного магнитного потока и ток намагничивания фаз трансформатора; на выходе блоков моделирования фаз А, В и С реактора 32 (БМфАР), 33 (БМфВР), 34 (БМфСР), блоков моделирования фаз А, В и С фильтра 43 (БМфАФ), 44 (БМфВФ), 45 (БМфСФ) формируются математические переменные фазных напряжений; на выходе блока моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ) и блока моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ) формируются математические переменные напряжений полюсов.
Сформированные на выходе блоков моделирования фаз А, В и С трансформатора 13 (БМфАТ), 14 (БМфВТ), 15 (БМфСТ) математические переменные фазных токов, основного магнитного потока и ток намагничивания фаз трансформатора поступают в блок многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Сформированные на выходе блоков моделирования фаз А, В и С реактора 32 (БМфАР), 33 (БМфВР), 34 (БМфСР), блоков моделирования фаз А, В и С фильтра 43 (БМфАФ), 44 (БМфВФ), 45 (БМфСФ) математические переменные фазных токов и напряжений поступают в блок многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Сформированные на выходе блока моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ) и блока моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ) математические переменные токов и напряжений полюсов поступают в блок многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Все полученные данные из блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) поступают в процессор коммутации 2 (ПК) и через центральный процессор 1 (ЦП) поступают в персональный компьютер/сервер.
Блок моделирования статического преобразователя напряжения 11 (БМСПН) реализует модельную физическую структуру принятой в российской энергетике схемы трехуровневого статического преобразователя напряжения посредством цифроуправляемых аналоговых ключей со схемами замещения воспроизводимых силовых полупроводниковых ключей блоков 52 (БЦАК1), 53 (БЦАК2), 54 (БЦАК3), 55 (БЦАК4), 56 (БЦАК5), 57 (БЦАК6), осуществляющих преобразование трехфазного напряжения переменного тока в трехуровневое напряжение постоянного тока путем реализуемого в процессоре коммутации 2 (ПК) широтно-импульсного управления цифроуправляемыми аналоговыми ключами этих блоков.
В блоках моделирования фаз А, В и С трансформатора 13 (БМфАТ), 14 (БМфВТ), 15 (БМфСТ) реализуются математические модели этих фаз, определяемые системой дифференциальных уравнений вида:
где j=A, B, C - фаза трансформатора;
i=1, 2, 3 - номер обмотки трансформатора;
Tji
U - напряжение j-й фазы i-й обмотки трансформатора, которое формируется в блоке формирования напряжений 13 (БФН) в виде линейных или фазных напряжений в зависимости от схемы соединения обмотки;
Tji
i - ток j-й фазы i-й обмотки трансформатора;
Tji
W - число витков j-й фазы i-й обмотки трансформатора;
Tj
Φ - значение основного магнитного потока j-й фазы трансформатора;
Tji
L - индуктивность рассеивания j-й фазы i-й обмотки трансформатора;
Tji
R - активное сопротивление j-й фазы i-й обмотки трансформатора;
jμ
FT - намагничивающая сила j-й фазы трансформатора электромагнитной системы трансформатора, определяемая уравнением баланса намагничивающих сил;
Tjμ
i - ток намагничивания j-й фазы трансформатора.
Аналогичным образом в блоках моделирования реакторов 9 (БМР), фильтра 10 (БМФ) и цепи постоянного тока 7 (БМЦПТ) осуществляется реализация математических моделей этих конструктивных элементов, определяемых схемами замещения для каждой фазы/полюса и соответствующими системами дифференциальных уравнений, достаточно полно и достоверно описывающих непрерывный спектр значимых процессов в выше обозначенных элементах устройства.
В блоках моделирования фаз А, В и С реактора 32 (БМфАР), 33 (БМфВР), 34 (БМфСР) осуществляется решение следующего дифференциального уравнения, соответствующего схеме замещения (фиг. 7):
где j=A, B, C - фаза реактора;
Rj1
Rj2
U и U - напряжения на входе/выходе схемы замещения j-й фазы реактора;
Rj
i - ток j-й фазы реактора;
Rj
Rj
R и L - активное сопротивление и индуктивность рассеивания обмотки j-й фазы реактора.
В блоках моделирования фаз А, В и С фильтра 43 (БМфАФ), 44 (БМфВФ), 45 (БМфСФ) осуществляется решение следующей системы уравнений, соответствующей схеме замещения (фиг. 8):
где j=A, B, C - фаза фильтра;
Fj
U - напряжение j-й фазы фильтра;
Fj
i - ток j-й фазы фильтра;
FjC
U - напряжение на конденсаторе j-й фазы фильтра;
FjC
Fj
R и C - активная и реактивная составляющая сопротивления конденсатора j-й фазы фильтра;
FjR
i - ток в ветви резистора j-й фазы фильтра;
Fj
R - величина сопротивления резистора j-й фазы фильтра;
FjR
U - напряжение на резисторе j-й фазы фильтра;
FjL
i - ток в ветви индуктивности j-й фазы фильтра;
FjL
Fj
R и L - активное сопротивление и индуктивность рассеивания катушки j-й фазы фильтра;
N
U - напряжение нейтрали.
В блоке моделирования положительного полюса цепи постоянного тока 58 (БМППЦПТ) и блок моделирования отрицательного полюса цепи постоянного тока 59 (БМОПЦПТ) осуществляется решение следующей системы уравнений, соответствующей схеме замещения (фиг. 9):
где j - отрицательный или положительный полюс цепи постоянного тока;
j1
j2
U и U - напряжения на входе/выходе схемы замещения j-го полюса цепи постоянного тока;
j1
j2
i и i - входные/выходные токи схемы замещения j-го полюса цепи постоянного тока;
jL
j
R и L - активное сопротивление и индуктивность рассеивания обмотки реактора j-го полюса цепи постоянного тока;
j1C
j2C
j1C
j2C
R, R и C, C - активные и реактивные составляющие сопротивлений конденсаторов j-го полюса цепи постоянного тока;
j1C
j2C
i, i - токи конденсаторов j-го полюса цепи постоянного тока;
j1C
j2C
U, U - напряжения на конденсаторах j-го полюса цепи постоянного тока;
N
U - напряжение нейтрали.
Управление коэффициентами уравнений (1-4) и задание значений напряжений нейтрали осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей выше обозначенных блоков через центральный процессор 1 (ЦП).
Таким образом, предложенное устройство для моделирования вставки постоянного тока в энергетических системах обеспечивает воспроизведение единого непрерывного спектра квазиустановившихся и переходных процессов в реальном времени и на неограниченном интервале времени в вставке постоянного тока и ее конструктивных элементах при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы, а также автоматизированное и автоматическое управление, в том числе функциональное, их параметрами.