АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Предлагаемая разработка относится к области электроэнергетики и может быть использована для автоматического регулирования мощности конденсаторных батарей, установленных в электрических сетях промышленных предприятий, а также в сельских и городских распределительных сетях энергосистем, поддерживая заданные энергосистемой значения входной реактивной мощности для характерных режимов ее реактивных нагрузок в течение суток и допустимый уровень напряжения на зажимах электроприемников.
Известен регулятор реактивной мощности Б2201, состоящий из преобразователя измерительного, устройства сравнения тока, устройства уставки тока, устройства переключения уставок, устройства уставок параметра регулирования, устройства сравнения, устройства уставки зоны нечувствительности элемента запрета, элемента запрета, элемента задержки времени, программатора (1).
Недостатком данного регулятора является трудоемкость настройки регулятора, сложные расчет и установка уставок ширины зоны нечувствительности параметра регулирования, что особенно существенно в условиях отсутствия квалифицированного обслуживания. Кроме того, в качестве параметра регулирования используется общий ток узла, который, как правило, не характеризует режим нагрузок и приводит к некачественному регулированию.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому регулятору является регулятор реактивной мощности, состоящий из блока измерительного преобразователя, блока выделения реактивной мощности (умножителя), преобразователя реактивной мощности, блока запрета, программатора, блока коммутации, блока индикации, блока питания (2).
Недостатком данного регулятора реактивной мощности является то, что процесс регулирования осуществляется с опозданием от изменений графика реактивной нагрузки потребителя, в результате происходит или перекомпенсация, или недокомпенсация, что приводит к быстрому выходу из строя коммутационной аппаратуры и конденсаторов. Этот же недостаток характерен для регулятора описанного в (1).
Сущность предлагаемой разработки заключается в том, что разработан адаптивный регулятор реактивной мощности конденсаторных установок, включающий центральный контроллер, который производит регулирование реактивной мощности с использованием адаптивного метода оперативного прогноза, блок прогноза, блок индикации, блок измерения, блок коммутации, блок питания, блок запрета, интерфейс RS-485.
На фиг.1 представлена структурная схема, которая содержит центральный контроллер 1, блок прогноза 2, блок измерения 3, блок коммутации 4, блок питания 5, блок индикации 6, блок запрета 7, интерфейс RS-485 8 и внешнее устройство - ЭВМ 9.
На вход центрального контроллера 1 подаются импульсы, частота которых пропорциональна параметру регулирования - реактивной мощности. На другой вход подается команда от блока запрета на включение ступеней конденсаторной установки (КУ). Центральный контроллер (ЦК) работает согласно заложенной в него программе. Осуществляет автотестирование, измерения мощностей секций батареи (только при первом запуске, после перепрограммирования настроек), измерения реактивной мощности (опрашивает счетчик импульсов), подбирает в случае необходимости оптимальную комбинацию мощностей секций батареи, подает команды управления по интерфейсу RS-485 на блок индикации и блок коммутации, а также производит обмен информацией с блоком прогноза по интерфейсу RS-485, обрабатывает аварийные ситуации. Управление работой ЦК осуществляется микроконтроллером.
Блок прогноза 2 производит накопление информации о потреблении реактивной мощности, поступающей от ЦК по интерфейсу RS-485, и на основании анализа этой информации, производит расчет прогнозного значения реактивной мощности на следующий интервал переключения ступеней с использованием адаптивных методов оперативного прогноза и передает эту информацию в ЦК.
Блок измерения 3 служит для измерения реактивной мощности. В качестве измерительного элемента используется счетчик реактивной энергии с телеметрическим выходом (типа ЦЭ6811) или любые другие измерительные датчики тока и напряжения, которые позволяют выделить реактивную мощность, например, на входы измерительного блока подается линейное напряжение сети и ток линии. При этом ток и напряжение выбираются таким образом, чтобы между ними был угол фазного сдвига в 90° (ток опережает напряжение).
Блок коммутации 4 состоит из микроконтроллера и реле. При поступлении на микроконтроллер команд управления по интерфейсу RS-485 от ЦК в виде протокола обмена на включение или отключение реле происходит включение или отключение ступеней КУ.
Блок питания 5 используется для питания функциональных элементов регулятора. Напряжение, поступающее на вход, блока трансформируется до нужных значений, выпрямляется и стабилизируется.
Блок индикации 6 при подаче соответствующей команды с ЦК осуществляет вывод на индикацию кодов ошибок, реактивной потребляемой мощности, индикации наличия команд на включение секций.
Блок запрета 7 формирует команду запрета в случае выхода напряжения за заданные параметры, эта команда подается на ЦК.
Интерфейс RS-485 8 служит для обмена информацией всех модулей регулятора и для обмена информацией с ЭВМ. Использование интерфейса RS-485 для обмена информацией всех модулей регулятора позволяет пространственно удалить модули регулятора друг от друга, а также производить изменение функциональных возможностей регулятора и модулей без существенных изменений программного обеспечения ЦК.
Регулятор реактивной мощности предназначен для многоступенчатого автоматического дискретного регулирования реактивной мощности конденсаторных установок напряжением 380 В. Регулирование производится по минимуму реактивной мощности. Минимум контролируется с точностью до половины величины мощности наименьшей ступени. Если отклонение потребления или генерации реактивной мощности превышает половину величины мощности наименьшей ступени, то выдаются команды на переключение ступеней КУ.
Регулятор имеет следующие характеристики. Количество управляемых ступеней до 12. Время переключения ступеней задается оператором на основании анализа графика нагрузки от 2 мин. и больше. Время блокировки для разряда емкости секции 2 мин. Рабочая температура от -25°С до +55°С. Точность отображения измеряемой мощности 0,01 (без учета коэффициента трансформации трансформатора тока).
Управление настройками регулятора осуществляется с IBM-совместимого компьютера по интерфейсу RS-485 специализированным программным обеспечением. Емкости ступеней или замеряются автоматически по команде с компьютера или могут быть записаны в регулятор вручную с помощью того же программного обеспечения. Через интерфейс RS-485 также возможно получение графиков нагрузки, замеряемых регулятором, кроме того возможна передача данных на расстояние до двух километров.
Регулятор построен по модульному принципу, т.е. любой блок может быть выведен из работы без ущерба для процесса регулирования.
Регулятор имеет следующие режимы работы: автоматическое регулирование в режиме прогнозирования, автоматическое регулирование без прогнозирования, диагностика.
На начальном этапе процесс регулирования осуществляется в автоматическом режиме без прогнозирования, одновременно в блоке прогноза происходит накопление первоначальной информации о величине потребляемой реактивной мощности, по мере накопления этой информации производится расчет параметров модели прогноза и регулятор переходит в режим автоматического регулирования с использованием прогноза.
При запуске выполняются следующие функции: проверка режима индикации; контроль измеренного напряжения, в случае выхода напряжения за заданные пределы на индикаторе высвечивается сообщение об ошибке; последовательное включение ступеней с измерением реактивной мощности каждой ступени.
При автоматическом регулировании без прогнозирования производится контроль напряжения сети блоком запрета 7, в случае выхода напряжения за
заданные пределы, блок запрета 7 формирует команду запрета и передает ее на центральный контроллер 1, который выдает соответствующий код ошибки на блок индикации 6 и подает команду на последовательное отключение ступеней КУ. Если напряжение сети находится в заданных пределах, то производится регулирование реактивной мощности. Для этого центральный контроллер 1 производит периодическое измерение потребляемой реактивной мощности. При превышении потребляемой или генерируемой реактивной мощностью величины наименьшей ступени вычисляется реактивная мощность, подбирается оптимальная компенсирующая мощность, далее ЦК 1 выдает команду управления на блок коммутации 4, при этом происходит включение или отключение ступеней КУ, если потребляемая или генерируемая реактивная мощность превышает величину наименьшей ступени.
При автоматическом регулировании с использованием прогнозирования производится контроль напряжения сети блоком запрета 7, одновременно на основании модели прогноза блок прогноза 2 производит расчет прогнозного значения реактивной мощности на следующий интервал переключения ступеней КУ, в случае выхода напряжения за заданные пределы блок запрета 7 формирует команду запрета и передает ее на центральный контроллер 1, который выдает соответствующий код ошибки на блок индикации 6 и подает команду на последовательное отключение ступеней КУ. Если напряжение сети находится в заданных пределах, то производится регулирование реактивной мощности на основании прогноза. Для этого блок прогноза 2 передает информацию об этой величине на ЦК 1, который выдает команду управления на блок коммутации 4, при этом происходит включение или отключение ступеней КУ, если потребляемая или генерируемая реактивная мощность превышает величину наименьшей ступени.
В режиме диагностики обеспечиваются следующие функции: вывод на индикацию кодов ошибок; обмен информацией с ПЭВМ; выполнение тестовых программ в составе отладочного модуля; коррекция параметров.
Сравнение заявленного решения с другими аналогичными техническими решениями показывает, что создано универсальный и функционально приспособленный регулятор реактивной мощности конденсаторных установок, которое повышает качество управления процессом генерации реактивной мощности конденсаторных установок, применяемых на различных потребителях электроэнергии.
При этом расширены функциональные возможности регулятора реактивной мощности, упрощена его аппаратная реализация с использованием мобильного стандартного оборудования.
Литература.
1. Кузнецов Д.П. Регулятор реактивной мощности типа Б2201. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Рига: изд. Рижский опытный завод «Энергоавтоматика», 1990. - 64с.
2. Бакшаева Н.С.Компенсация реактивной мощности в электрических сетях леспромхозов. Дис. на соиск. к.т.н -М: МЭИ (ТУ), 1999. - 265с.