УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В КОНТРОЛИРУЕМОЙ ЗОНЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно к устройствам регулирования напряжения в контролируемой зоне распределительных сетей переменного тока.
В распределительных сетях переменного тока 35/10 (6)/0,4 кВ, получающих питание от трансформаторных или, например, тяговых подстанций ОАО «РЖД» 220 (110 кВ) с трансформаторами, оборудованные системой РПН, существует задача поддержания напряжений в требуемых нормируемых пределах в конкретных точках электрической сети в процессе эксплуатации. При этом автоматический регулятор РПН понижающих трансформаторов центра питания, реализующий, как правило, встречное регулирование напряжения, не в полной мере обеспечивает регулирование напряжения согласно предъявляемым требованиям.
Это ситуация возможна, например, когда возникает период несовместного регулирования разных групп потребителей, т.е. когда регулирование напряжения в центре питания не позволит обеспечить допускаемые отклонения напряжений во всех точках отпуска электроэнергии потребителям во всем диапазоне изменения нагрузок.
Как известно (Электрические системы, т. 2. Электрические сети. Под ред. В.А. Веникова. Учебное пособие для электроэнерг. вузов. М.: Высшая школа, 1971. 440 с), если потребители с неоднородной нагрузкой рассредоточены вдоль различных линий распределительной сети, то на центре питания нельзя или затруднительно разделить эти линии на группы электроприемников, для которых графики изменения нагрузок во времени являются практически однотипными. В этих случаях на шинах центра питания следует применять централизованное регулирование напряжения в соответствии с условиями, требуемыми для той группы однородных потребителей, которые имеют наибольшую долю в общей нагрузке линий, присоединенных к данному центру питания. Для обеспечения должного качества напряжения у остальных потребителей, получающих питание от этого центра питания, должны использоваться средства местного регулирования напряжения.
Известен адаптивный регулятор напряжения (патент RU №2055440), содержащий привод устройства регулирования напряжения под нагрузкой с блоком формирования сигнала управления, трансформатор напряжения с измерительным преобразователем напряжения, микропроцессорное устройство, выключающее блок контроля и управления напряжения, блоки расчета числа переключений устройства регулирования напряжения под нагрузкой и дисперсии напряжения, блоки увеличения и уменьшения выдержки времени, блоки изменения зоны и изменения знака приращения зоны нечувствительности регулирования напряжения, блоки сравнения с выходами «Да» и «Нет» числа переключений устройства регулирования напряжения под нагрузкой за сутки с заданным значением и зоны нечувствительности с заданными значениями, блоки определения текущего положения переключателя устройства регулирования напряжения под нагрузкой, блок расчета эффективности регулирования и блок сравнения с выходами «Да» и «Нет» эффективности регулирования с заданным значением.
Недостатком известного адаптивного регулятора напряжения является то, что поиск оптимальных параметров регулирования осуществляется направленным перебором различных сочетаний выдержек времени и зоны нечувствительности, сопровождающийся поиском оптимальных параметров регулирования напряжения в центре питания, не обеспечивая требуемые уровни напряжений в конкретном узле распределительной сети, т.е. усредняя данные и обеспечивая нормативные значения напряжений по наибольшей группе потребителей.
Известно устройство динамического управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy - логики (патент RU 2416855), принятое в качестве прототипа по общим существенным признакам, которое содержит силовой трансформатор со ступенчатым регулированием напряжения, оснащенный системой автоматического управления коэффициентом трансформации силового трансформатора, включающий в себя быстродействующий автоматический регулятор (БАР) и систему управления, позволяющую производить операции с нечеткой логикой и управлять работой БАР. Устройство позволяет снизить суммарные потери электрической энергии в распределительных сетях, а также обеспечить оптимальный режим напряжения на всей совокупности электрооборудования, подключенного к силовому трансформатору. Разработанная структура, алгоритмическое обеспечение и аппаратная реализация микропроцессорного устройства БАР РПН с применением контроллера, способного реализовать математический аппарат нечеткой логики (fuzzy-логики), осуществляет автоматический выбор определяющей линии в реальном режиме времени, с учетом категорийности энергообъекта по ущербу от отклонения напряжения, разнородности и разновременности нагрузки, ее распределение вдоль питающей линии и позволяет реализовать рациональный закон управления режимом напряжения.
Недостатком известного устройства динамического управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy - логики является то, что управление напряжением осуществляется в центре питания по так называемой определяющей линии, т.е. в среднем по наибольшей группе потребителей. Кроме этого, осуществляется усреднение влияющих на напряжение факторов с использованием математического аппарата нечеткой логики для целей управления. В результате напряжение в конкретной точке распределительной сети может не соответствовать предъявляемым требования.
Известное устройство динамического управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy-логики, содержащее блок измерений, блок оценки состояния сети, блок логики реализации технологических функций управления, блок реализации управляющих воздействий, не использует местные средства регулирования напряжения, например, компенсирующие устройства, а также алгоритмы прогнозирования нагрузки на основе измерений для повышения точности регулирования напряжений.
Предлагаемое устройство позволяет устранить указанные выше недостатки.
Целью полезной модели является повышение качества регулирования напряжений на шинах трансформаторных подстанций в контролируемой зоне распределительной сети, не оборудованных РПН, в пределах заданных значений за счет скоординированного совместного применения средств местного и централизованного регулирования напряжения (в центре питания средствами РПН), а также ограничения спроса на электрическую мощность ряда потребителей.
Указанная цель достигается тем, что известное устройство регулирования напряжения в контролируемой зоне распределительной сети, содержащее блок измерений, блок оценки состояния сети, блок базы знаний и памяти, блок реализации управляющих воздействий, дополнено блоком координации и выработки управляющих воздействий и блоком прогнозирования, при этом выходы блока базы знаний и памяти соединены с входом блока оценки состояния сети и входом блока прогнозирования, выходы блока измерений соединены с входом блока оценки состояния сети, входом блока координации и выработки управляющих воздействий и входом блока прогнозирования, входы блока координации и выработки управляющих воздействий соединены с выходом блока оценки состояния сети и выходом блока прогнозирования, а выход - с входом блока реализации управляющих воздействий, выходы блока реализации управляющих воздействий соединены с регулятором РПН и исполнительными устройствами местных средств регулирования напряжения распределительной сети: управляемых компенсирующих устройств, накопителей энергии, многофункциональных оптимизирующих устройств (при наличии), вольтодобавочных трансформаторов.
На фиг. 1 показана структура устройства с участком распределительной сети, на фиг. 2 - алгоритм регулирования напряжений.
Список обозначений: 1 - понижающий силовой трансформатор в центре питания с РПН; 2, 3, 4, 5 - трансформаторные подстанции в контролируемой зоне распределительной сети; 6 - управляемые компенсирующие устройства; 7 - накопитель энергии; 8 - многофункциональное оптимизирующее устройство; 9 - автоматическая система регулирования напряжением под нагрузкой трансформатора; 10 - вход контроллера; 11 - выход контроллера; 12 - контроллер; 13 - трансформатор тока; 14 - трансформатор напряжения; 15 - сборные шины, на которых не обеспечен уровень напряжения существующими средствами согласно требованиям нормативных документов; 16 - блок измерений (блок WAMS - система векторных синхронных измерений); 17 - блок оценки состояния сети; 18 - блок базы знаний и памяти; 19 - блок координации и выработки управляющих воздействий; 20 - блок прогнозирования; 21 - блок реализации управляющих воздействий.
Устройство работает следующим образом.
Массив данных измерения токов, напряжений, мощностей, фазовых углов и прочее на всех присоединениях и линиях центра питания и трансформаторных подстанции контролируемого участка распределительной сети непрерывно передается с возможностью синхронизации по времени в блок измерений 16 через вход контроллера 12 и далее в цифровой форме в блок оценки состояния сети 17, в котором осуществляется сравнение измеренных значений напряжений с установленными нормами. Если напряжения во всех узлах удовлетворяют заложенным требованиям, то ничего не происходит, иначе начинается координационный этап. Предполагается, что контролируемый участок распределительной сети может быть разделен на зоны по качеству электроэнергии, которое возможно обеспечить в эксплуатации при использовании всех доступных способов регулирования напряжения.
На фиг. 1 такой зоной, в качестве примера, выступает система сборных шин 15 с понижающим трансформатором на ТП 2. Такие «слабые» места предварительно определяются по результатам, например, утяжеления режима на модели, сенсорного анализа и другими методами. В данном случае представляется экономически целесообразным предоставить потребителям данной зоны скидку к тарифу на электроэнергию (при соответствующих возможностях нагрузки), чем устанавливать дорогостоящее оборудование для местного регулирования напряжения, особенно при недостаточности регулировочных свойств реактивной мощности в узле.
Далее на основе заложенных в блок базы знаний и памяти 18 алгоритмов с учетом прогнозных данных блока прогнозирования 20 в блоке координации и выработки управляющих воздействий 19 происходит координация местных средств регулирования напряжения по запасу реактивной и активной мощности (для накопителей и управления спросом нагрузки), их ранжирование по регулирующим эффектам для конкретной точки сети и выработка управляющих воздействий и далее - реализация управления в блоке реализации управляющих воздействий 21 вычислительными средствами контроллера. При этом предлагаемое устройство должно иметь приоритет на управление компенсирующими устройствами перед алгоритмами их локального управления в случае необходимости. Управление спросом нагрузки заключается в ограничении мощности или даже отключении ряда линий в случае превышения лимитов ее пропускной способности и снижения напряжения в точке подключения по согласованию с потребителем (условия договора на подключение).
Если местных средств регулирования напряжений (линейных регуляторов напряжения) недостаточно для поддержания напряжений во всех точках контролируемого участка распределительной сети (с учетом зонирования «по качеству»), то реализуется 2-й этап - с помощью РПН. Прогнозирование параметров нагрузки и напряжений с памятью прошлых событий позволяет обеспечить наиболее эффективный алгоритм работы регулятора РПН с точки зрения количества переключений и зоны нечувствительности. Предполагается, что РПН должен выполнять переключения при разнородной нагрузке до 20 раз в сутки. Быстродействие ступенчато- и плавно управляемых компенсирующих устройств определяется их техническими возможностями. При наличии вольтодобавочных трансформаторов и других линейных регуляторов напряжения они могут выступать в качестве местных средств подчиненного регулирования напряжения с помощью РПН.
Использование предлагаемого устройства позволит повысить качество регулирования напряжений на шинах трансформаторных подстанций в контролируемой зоне распределительной сети в пределах заданных значений за счет скоординированного совместного применения средств местного и централизованного регулирования напряжения (в центре питания средствами РПН), а также ограничения спроса на электрическую мощность ряда потребителей. Устройство может быть без затруднений реализовано на современном элементной базе.