СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МИКРОСЕТЬЮ, НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ, КОМПЬЮТЕРНОЕ УСТРОЙСТВО И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ
METHOD TO CONTROL ELECTRICAL DISTRIBUTION MICRO NETWORK, INFORMATION CARRIER, COMPUTER DEVICE AND CONTROL DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к области распределительных электрических сетей.
Уровень техники
В частности, настоящее изобретение относится к способу управления работой микросети, когда она функционирует без подключения к основной сети.
Как известно из уровня техники, в области распределительных электрических сетей под микросетью, как правило, понимают распределительную электрическую систему, организованную и ограниченную внутри четко определенной зоны.
Помимо разнообразных электроприемников, микросеть, как правило, содержит множество генераторов электроэнергии, например, электростанции на солнечных батареях, ветряные электростанции, системы комбинированного производства тепла и электрической энергии, системы генерирования энергии морских течений, системы генерирования геотермальной энергии или энергии из биомассы, производство электрической энергии на солнечных электростанциях, дизельные генераторы, топливные элементы и другие подобные системы.
Для обеспечения надежной и устойчивой подачи электроэнергии к критическим электроприемникам, микросеть может содержать также различные накопители энергии, например, блоки конденсаторов, батареи и другие подобные элементы.
Как правило, микросеть электрически подключена к основной сети, например, к электроэнергетической сети общего пользования.
Микросеть, электрически подключенную к основной сети, принято рассматривать в качестве работающей в «режиме подключения к сети».
Однако, в ответ на потребности системы или аварийные условия (например, отказы или перебои в электроснабжении в основной сети) или решение пользователя, микросеть может быть электрически отключена (например, с помощью подходящим образом скомпонованных прерывателей цепи) от основной сети и работать в так называемом «островном режиме».
Как известно, в случае когда микросеть работает в «островном» режиме, частота и напряжение микросети часто испытывают соответствующие внезапные скачки. Данное неудобство, главным образом, обусловлено тем, что микросети обычно используют электрическую энергию, поступающую от более крупных основных сетей, для обеспечения надлежащим образом сбалансированных рабочих параметров.
Такие резкие скачки напряжения и частоты могут быстро привести (например, за десятки миллисекунд) к перебоям электроснабжения или неисправностям электроприемников.
Кроме того, когда микросеть отключается от основной сети, электрическая мощность, вырабатываемая генераторами, установленными в микросети, может оказаться недостаточной для снабжения всех подключенных электроприемников.
По этим двум причинам, было разработано несколько способов управления микросетями.
В заявках на патент US 2012283888 A1 и US 2012283890 A1 раскрыты способы управления микросетью, работающей в «островном» режиме в соответствии с планом производства электроэнергии, осуществляемым за заданное переходное время после электрического отключения от основной сети. Такой план производства электроэнергии может быть обновлен в зависимости от существующих потребностей.
В заявке на патент WO 2015003729 A1 раскрыт способ управления микросетью при переходе от функционирования в режиме подключения к сети к функционированию в «островном» режиме.
Имеющиеся в настоящее время способы управления микросетями, работающими без подключения к основной сети, как правило, являются сложными и трудно реализуемыми на практике.
Некоторые существующие способы не обеспечивают решения с робастным управлением для стабилизации работы микросети.
Другие доступные способы часто приводят к необязательным отключениям электроприемников и, тем самым, уменьшают рабочие возможности микросети в большей степени, чем этого требуют ее текущие рабочие условия.
Раскрытие изобретения
На рынке по-прежнему существует потребность в технических решениях для управления микросетями, работающими без подключения к основной сети, которые смогут обеспечить робастное и эффективное управление потреблением электроэнергии электроприемниками микросети и, тем самым, гарантировать надлежащий энергетический баланс с имеющимися источниками электроэнергии, и вместе с этим позволят исключить или уменьшить вмешательства в указанные электроприемники для сброса нагрузки.
Для удовлетворения данной потребности в настоящем изобретении предложен способ управления распределительной электрической микросетью согласно независимому пункту 1 и соответствующим зависимым пунктам прилагаемой формулы изобретения.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к носителю информации согласно независимому пункту 10 формулы изобретения.
В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение относится к компьютерному устройству согласно независимому пункту 11 формулы изобретения.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к аппарату или устройству управления согласно пункту 12 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из описания предпочтительных, но не исключающих вариантов осуществления, проиллюстрированных лишь в качестве примера и без ограничения на прилагаемых чертежах, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 схематично показана распределительная электрическая микросеть и аппарат для управления ею согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2-5 представлены блок-схемы, схематично иллюстрирующие способ согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Со ссылкой на упомянутые чертежи в настоящем документе раскрыт способ 1 управления работой распределительной электрической микросети 100 низкого или среднего напряжения.
В рамках настоящего изобретения термин «низкое напряжение» относится к рабочим напряжениям до 1,2 кВ переменного тока и 1,5 кВ постоянного тока, причем термин «среднее напряжение» относится к рабочим напряжениям выше 1,2 кВ переменного тока и 1,5 кВ постоянного тока до нескольких десятков киловольт, например, до 72 кВ переменного тока и 100 кВ постоянного тока.
Микросеть 100 может представлять собой распределительную электрическую сеть для производственных, коммерческих и жилых зданий или предприятий. Например, она может отличаться средним потреблением электроэнергии, находящимся в диапазоне от 0,05 МВт до 10 МВт.
Микросеть 100 содержит электрический соединительный узел РОС (Point Of Coupling, Точка Соединения), в котором обеспечена возможность электрического подключения или отключения указанной микросети от основной распределительной электрической сети 200.
Основная сеть 200 может представлять собой расширенную распределительную электрическую сеть, такую как, например, электроэнергетическую сеть общего пользования.
Как правило, микросеть 100 электрически подключена к основной сети 200 в электрическом соединительном узле РОС.
Однако, в некоторых случаях (например, в случае отказов или перебоев в электроснабжении), микросеть 100 может быть электрически отключена от основной сети 200 в электрическом соединительном узле РОС.
1
Микросеть 100 предпочтительно содержит по меньшей мере первое переключающее устройство S (например, прерыватель цепи), работой которого можно управлять известным способом с помощью подходящих управляющих сигналов.
1
Когда переключающее устройство S находится в закрытом положении (ON), микросеть 100 электрически подключена к основной сети 200 и успешно работает согласно режиму подключения к сети.
1
Когда переключающее устройство S находится в открытом состоянии (OFF), микросеть 100 электрически отключена от основной сети 200 в электрическом узле РОС и может работать в «островном» режиме, как будет раскрыто ниже.
1
N
1
M
Микросеть 100 содержит один или несколько электроприемников DL, …, DL, UL, …, UL, каждый из которых потребляет соответствующее количество электрической мощности, обеспечиваемой микросетью 100. Для полной ясности, здесь необходимо отметить, что в рамках настоящего описания, термин «потребление» следует рассматривать в отношении потребления средней мощности, потребления мгновенной мощности, потребления электрической энергии или других физических величин, эквивалентных упомянутым величинам. Также необходимо указать, что термин «мощность» может также именоваться «активной мощностью», «реактивной мощностью» или «фиксируемой мощностью» в зависимости от конкретных потребностей.
1
N
1
M
Электроприемники DL, …, DL, UL, …, UL могут быть любого типа, в зависимости от потребностей.
1
N
1
M
В целом, электроприемник DL, …, DL, UL, …, UL может представлять собой любое устройство, выполненное с возможностью потребления во время эксплуатации заданного количество электрической мощности.
1
N
1
M
Как показано на фиг. 1, электроприемники DL, …, DL, UL, …, UL могут быть скомпонованы в различных ветвях сети, в соответствии с многоуровневой конфигурацией. Однако, возможны различные конфигурации.
1
N
1
M
В принципе, электроприемники DL, …, DL, UL, …, UL могут быть электрически подключены или отключены от микросети 100, в зависимости от потребностей.
2
Предпочтительно, микросеть 100 содержит одно или несколько вторых переключающих устройств S для электрического отключения или подключения одного или нескольких электроприемников или одной или нескольких ветвей сети от или к оставшимся участкам микросети.
2
Вторые переключающие устройства S могут представлять собой, например, прерыватели цепи, контакторы, интерфейсы ввода/вывода, переключатели, разъединители, интерфейсы связи или другие аналогичные устройства.
2
Работой переключающих устройств S можно управлять известным способом с помощью подходящих управляющих сигналов.
1
N
2
Электроприемники микросети 100 содержат один или несколько отключаемых электроприемников DL, …, DL, которые выполнены с возможностью электрического отключения от микросети (при реальной эксплуатации последней) посредством их отключения или посредством управления соответствующими вторыми переключающими устройствами S.
1
M
2
Электроприемники микросети 100 могут также содержать один или несколько неотключаемых электроприемников UL, …, UL, которые не могут быть электрически отключены от микросети (в условиях реальной эксплуатации последней) посредством их отключения или посредством управления соответствующими вторыми переключающими устройствами S.
1
N
1
M
Для полной ясности, важно отметить, что заданный электроприемник DL, …, DL, UL, …, UL микросети 100 рассматривают в качестве «отключаемого» или «неотключаемого» в зависимости от работы, прогнозируемой для указанного электроприемника в микросети 100 и независимо от его конкретной структуры или компоновки или возможных рабочих режимов.
2
Например, заданный электроприемник (в частности, электродвигатель), который, в принципе, может быть электрически отключен от микросети 100 (например, за счет управления подходящим вторым переключающим устройством S), рассматривается в качестве «неотключаемого», если невозможно повлиять на него во время работы микросети 100, например, из-за его важной роли или функции в микросети 100.
В качестве еще одного примера, заданный электроприемник, который электрически подключен на постоянной основе к остальным частям микросети 100, может рассматриваться в качестве «отключаемого», если его можно включить/отключить в зависимости от потребностей, без конкретных требований, во время работы микросети 100.
1
N
Предпочтительно, отключаемым электроприемникам DL, …, DL, микросети 100 присвоен уровень приоритета, который представляет собой числовое значение (индекс), указывающий на порядок, с которым указанные отключаемые электроприемники должны отключаться от микросети 100, когда это необходимо.
1
N
1
N
Предпочтительно, уровень приоритета каждого отключаемого электроприемника DL, …, DL, может быть задан пользователем или может быть присвоен динамически посредством подходящего алгоритма, использующего (номинальное или измеренное) потребление электрической мощности указанных электроприемников, в виде базового индекса для сортировки отключаемых электроприемников, например, от низкого до высокого потребления электроэнергии или в соответствии с другими логиками сортировки. Отключаемые электроприемники DL, …, DL, имеющие одинаковый уровень приоритета, также могут быть упорядочены в зависимости от потребления ими электрической мощности.
Микросеть 100 содержит источник электроэнергии GEN, в том числе один или несколько генераторов электроэнергии (не показаны).
Указанные генераторы электроэнергии могут быть любого типа и могут быть скомпонованы в зависимости от потребностей.
Например, они могут содержать электростанции на солнечных батареях, ветряные электростанции, системы комбинированного производства тепла и электрической энергии, системы генерирования энергии морских течений, производство электрической энергии на солнечных электростанциях, дизельные генераторы, системы генерирования геотермальной энергии или энергии из биомассы, топливные элементы и другие подобные системы.
Источник электроэнергии GEN может содержать также один или несколько накопителей энергии, которые могут быть любого типа и могут быть скомпонованы в зависимости от потребностей. Например, они могут содержать блоки конденсаторов, батареи и другие подобные элементы.
3
Предпочтительно, микросеть 100 содержит одно или несколько третьих переключающих устройств S для электрического отключения или подключения указанных генераторов электроэнергии (и возможно указанных накопителей энергии) от или к остальным частям микросети.
3
Третьи переключающие устройства S могут представлять собой, например, прерыватели цепи, контакторы, разъединители или другие подобные устройства.
Способ 1 согласно настоящему изобретению предназначен для управления работой микросети 100, когда она работает без подключения к основной сети.
Таким образом, способ 1 согласно настоящему изобретению предпочтительно осуществляют в ответ на электрическое отключение микросети 100 от основной сети 200 в электрическом соединительном узле РОС в заданный момент ts отключения.
1
Для обнаружения того, находится ли микросеть 100 в условиях «островного» режима, предпочтительно можно контролировать рабочий статус переключающего устройства S.
1
1
Независимо от истинных причин, приводящих к вмешательству переключающего устройства S (например, системные потребности или отказы или действия пользователя), расцепление переключающего устройства S в состоянии OFF создает необходимость и достаточное условие для того, чтобы перевести микросеть 100 в «островной» режим работы.
Как только переключающее устройство 1 переходит в состояние OFF в момент ts отключения, предпочтительно осуществляют способ 1 для управления работой микросети 100.
Согласно настоящему изобретению способ 1 содержит этап 11, на котором определяют, происходит ли отключение микросети 100 от основной сети 200 из-за неисправности в основной сети 200, в частности, из-за неисправности в основной сети 200 рядом с общим соединительным узлом РОС.
Предпочтительно, этап 11 определения в способе 1 предусматривает отслеживание динамики некоторых электрических величин, выявленных в электрическом соединительном узле РОС в момент ts отключения.
1
Предпочтительно, этап 11 определения в способе 1 содержит этап, на котором получают первые данные D, относящиеся к рабочему статусу микросети 100 в момент ts отключения.
1
Предпочтительно, первые данные D содержат выявленные значения, отражающие динамику электрических величин в электрическом соединительном узле РОС в момент ts отключения.
1
Предпочтительно, выявленные значения, содержащиеся в первых данных D, поступают из одного или нескольких выявляющих устройств 400 (например, датчиков напряжения, датчиков тока и других подобных устройств), выполненных с возможностью выявления указанных электрических величин в электрическом соединительном узле РОС.
Выявляющие устройства 400 могут быть известного типа и не раскрыты подробно для краткости изложения.
1
GRID
Предпочтительно, выявленные данные, содержащиеся в первых данных D, включают в себя выявленное значение V напряжения сети, отражающее напряжение сети для микросети 100 в электрическом соединительном узле РОС в момент ts отключения.
1
TH
TH
GRID
TH
Предпочтительно, этап 11 определения в способе 1 содержит этап, на котором сравнивают указанное выявленное значение напряжения сети (содержащееся в первых данных D) с пороговым значением V напряжения. Если указанное выявленное значение напряжения сети выше или равно пороговому значению V напряжения {V>=V}, то отключение микросети 100 от основной сети 200 происходит не из-за неисправности в основной сети 200.
GRID
TH
GRID
TH
Если выявленное значение V напряжения сети меньше порогового значения V напряжения {V<V}, то отключение микросети 100 от основной сети 200 происходит из-за неисправности в основной сети 200 (рядом с общим соединительным узлом РОС).
GRID
Раскрытые выше этапы проверки напряжения V сети в электрическом соединительном узле РОС в момент ts отключения находят техническое обоснование в результатах наблюдения того, что электрический узел распределительной электрической сети, как правило, имеет пониженное напряжение в случае неисправностей (например, коротких замыканий), возникающих в заданных частях сети.
Таким образом, наличие пониженного напряжения в электрическом соединительном узле РОС в момент ts отключения создает четкую сигнатуру неисправности, возникающей рядом с электрическим соединительным узлом РОС, что приводит к отключению микросети 100.
Предпочтительно, этап 11 определения в способе 1 также предусматривает отслеживание тока сети в общем соединительном узле РОС в момент ts отключения.
1
GRID
GRID
Предпочтительно, выявленные данные, содержащиеся в первых данных D, включают в себя выявленные значения I тока сети, отражающие ток I сети для микросети 100 в электрическом соединительном узле РОС в момент ts отключения.
GRID
Предпочтительно, этап 11 определения в способе 1 содержит этап, на котором проверяют направление тока сети, протекающего через электрический соединительный узел РОС в момент ts отключения, на основании указанных выявленных значений I тока сети.
Было обнаружено, что раскрытые выше этапы проверки направления тока сети в электрическом соединительном узле РОС в момент ts отключения в соответствии с тем, что было описано выше, обеспечивают дополнительную информацию при определении того, что именно поглощает электрическую мощность из основной сети: неисправность, возникшая в основной сети 200, или микросеть.
Предпочтительно, этап 11 определения в способе 1 также предусматривает проверку дополнительной информации в дополнение к выявленным значениям, отражающим электрические величины, раскрытые выше.
1
1
1
Предпочтительно, первые данные D содержат зарегистрированную информацию, отражающую функционирование переключающего устройства S. Такая зарегистрированная информация может включать в себя, например, информацию, относящуюся к релейным командам, командам взаимной блокировки, командам ручного управления, сигналам состояния и другим подобным сигналам, принимаемым переключающим устройством S.
Предпочтительно, этап 11 определения в способе 1 содержит этап, на котором проверяют указанную зарегистрированную информацию.
1
В ходе анализа такой зарегистрированной информации было обнаружено, что эффективным решением является определение того, что отключение микросети 100 от основной сети 200 произошло не из-за неисправности в основной сети 200, а по другим причинам (например, из-за ручного управления, системных команд или команд взаимной блокировки, принятых переключающим устройством S, перебоев в электроснабжении основной сети 200 и т.д.).
S
Согласно настоящему изобретению, если отключение микросети 100 от основной сети 200 происходит не из-за неисправности в указанной основной сети, то способ 1 дополнительно предусматривает проверку (этап 11В) того, поглощает ли микросеть 100 активную электрическую мощность из основной сети 200 в момент t отключения (тем самым, функционируя, в целом, в качестве электроприемника).
S
1
N
S
Если микросеть 100 поглощает активную электрическую мощность из основной сети 200 в момент t отключения, то способ 1 содержит этап 12, на котором осуществляют процедуру 2 сброса нагрузки для отключения выборочно одного или нескольких отключаемых электроприемников DL, …, DL микросети 100 в ответ на переход в «островной» режим работы в момент t отключения.
S
По сути, поток активной мощности из основной сети 200 в микросеть 100 в момент t отключения отражает то, что микросеть 100 была не способна надлежащим образом снабжать все электроприемники в указанный момент отключения. Это значит, что сброс нагрузки в указанных электроприемниках следует осуществлять, даже если в основной сети отсутствуют какие-либо характерные неисправности.
S
Если микросеть 100 не поглощает активную электрическую мощность из основной сети 200 в момент t отключения, то способ 1 завершается.
S
По сути, поток активной мощности из микросети 100 в основную сеть 299 в момент t отключения отражает то, что микросеть 100 была способна надлежащим образом снабжать все электроприемники в указанный момент отключения и могла обеспечить электрическую мощность в основную сеть 200 (таким образом, в целом функционируя в качестве электрического генератора).
Далее более подробно будет раскрыта процедура 2 сброса нагрузки.
S
Согласно настоящему изобретению, если отключение микросети 100 от основной сети 200 происходит из-за неисправности в указанной основной сети, то способ 1 содержит этап 13, на котором определяют, происходит ли падение частоты микросети 100 после отключения микросети 100 от основной сети 200 в момент t отключения.
2
Предпочтительно, этап 13 определения того, происходит ли падение частоты микросети 100, содержит этап, на котором получают вторые данные D, относящиеся к частоте указанной микросети.
2
Вторые данные D могут поступать из выявляющего устройства 400 или других выявляющих устройств известного типа.
2
1
2
Предпочтительно, вторые данные D содержат первое выявленное значение F частоты, отражающее частоту микросети 100, и второе выявленное значение Fчастоты, отражающее изменение частоты указанной микросети с течением конкретного периода времени (на практике производная по частоте указанной микросети).
1
TH1
2
TH2
Предпочтительно, этап 13 определения того, происходит ли падение частоты микросети 100, содержит этап, на котором сравнивают первое выявленное значение F, частоты с первым пороговым значением F частоты, и этап, на котором сравнивают второе выявленное значение F частоты со вторым пороговым значением F частоты.
1
TH1
2
TH2
1
TH1
2
TH2
S
Если выявленные значения F частоты меньше соответствующих пороговых значений F, а выявленные значения F частоты выше соответствующих пороговых значений F {F<F и F>F}, то падение частоты микросети 100 происходит в ответ на переход в «островной» режим работы указанной микросети в момент t отключения.
1
N
1
M
Наличие падения частоты в микросети 100, работающей без подключения к основной сети 100, означает, что отсутствует баланс между электрической мощностью, обеспечиваемой источником электроэнергии GEN, и электрической мощностью, потребляемой электроприемниками DL, …, DL, UL, …, UL.
1
N
В этом случае, способ 1 содержит этап 14, на котором осуществляют процедуру 2 сброса нагрузки для отключения выборочно одного или нескольких из отключаемых электроприемников DL, …, DL.
1
N
1
M
С другой стороны, наличие падения частоты в микросети 100 означает, что есть баланс между электрической мощностью, обеспечиваемой источником электроэнергии GEN, и электрической мощностью, потребляемой электроприемниками DL, …, DL, UL, …, UL.
В этом случае, способ 1 по существу заканчивается.
Очевидно, что рабочие условия микросети 100 могут меняться со временем, например, из-за увеличения (по любой причине) количества электроприемников, электрически подключенных к микросети 100.
Таким образом, этап 13 определения того, происходит ли падение частоты микросети 100, предпочтительно осуществляют циклически, пока микросеть 100 работает без подключения к основной сети 200.
Предпочтительно, если падение частоты в микросети 100 определяют в любое время, когда микросеть 100 по-прежнему работает в «островном» режиме, способ 1 предусматривает осуществление процедуры 2 сброса нагрузки (в соответствии с раскрытым выше этапом 14).
Раскрытые выше этапы способа 1 находят техническое обоснование в результатах наблюдения того, что микросеть 100, работающая в «островном» режиме, может быть смоделирована в соответствии со схемой управления, представленной на фиг. 5.
S
Отношение между изменением частоты Δf и изменением располагаемой электрической мощности ΔР, после перехода в «автономный» режим работы микросети 100 в момент t отключения, можно смоделировать в виде следующей передаточной функции:
f
ts
f
где Δf представляет собой изменение частоты в микросети по сравнению с первоначальными условиями, ΔР представляет собой изменение располагаемой электрической мощности (с использованием правила знаков нагрузки), Δε представляет собой изменение частотной погрешности, Δf представляет собой изменение частотной погрешности при первоначальных условиях, G представляет собой передаточную функцию, характеризующую источник электроэнергии в микросети, ρ представляет собой коэффициент затухания микросети, а Н представляет собой коэффициент инерции микросети.
Реакцию микросети 100 на изменение частоты в момент ts отключения можно представить в виде следующего отношения:
Таким образом, изменение частоты можно рассматривать (с грубым приближением) как пропорционально зависящее от изменения располагаемой электрической мощности в микросети после отключения микросети 100.
S
Авторами настоящего изобретения было замечено, что, если в электрическом соединительном узле РОС в момент t отключения имеется пониженное напряжение (то есть, если переход в «островной» режим работы микросети 100 происходит из-за неисправности в основной сети 200 рядом с электрическим соединительным узлом РОС), то любое возможное изменение частоты развивается во времени согласно относительно медленной динамической характеристике (несколько десятков миллисекунд).
S
Таким образом, можно проверить, происходит ли в действительности падение частоты после перехода в «островной» режим работы в момент t отключения. Если падение частоты происходит, то способ 1 предусматривает осуществление процедуры 2 сброса нагрузки для защиты микросети 100.
S
Если явление понижения напряжения отсутствует в электрическом соединительном узле РОС в момент t отключения, то нет времени проверять, происходит ли в действительности падение частоты, поскольку любое возможное изменение Δf частоты развивается во времени довольно быстро (несколько десятков миллисекунд) из-за того, что эффект «релаксации» при понижении напряжения не присутствует.
В этом случае, способ 1 предусматривает немедленное осуществление («слепое» осуществление) процедуры 2 сброса нагрузки для защиты микросети 100.
Ниже подробно раскрыта процедура 2 сброса нагрузки способа 1.
L
1
N
1
M
Процедура 2 сброса нагрузки содержит этап 21, на котором вычисляют значение ΔP мощности отключения, отражающее количество электрической мощности, которое больше не доступно для электроприемников DL, …, DL, UL, …, UL микросети 100 после ее отключения от основной сети 200.
L
Общее изменение мощности ΔP из-за отключения можно вычислить на основании следующего отношения:
L
I
G
IR
ΔP=P+P-P
I
G
IR
где P представляет собой значение потребляемой мощности, отражающее электрическую мощность, поступающую из основной сети 200 в микросеть 100 до перехода последней в «островной» режим работы, P представляет собой значение генерируемой мощности, отражающее электрическую мощность, обеспечиваемую системами генерирования мощности (например, фотоэнергетической установкой), входящей в состав источника электроэнергии GEN, P представляет собой значение резервной мощности, отражающее электрическую мощность, обеспечиваемую за счет резерва первичной мощности, например, накопителями электроэнергии, входящими в состав источника электроэнергии GEN, или другими подобными блоками.
I
IR
Предпочтительно, значение Р потребляемой мощности и значение P резервной мощности являются выявленными величинами, которые можно измерить с помощью подходящим образом скомпонованных выявляющих устройств известного типа.
G
G
Предпочтительно, значение P генерируемой мощности является вычисленным значением, которое, в случае фотоэнергетической установки генерирования мощности (P(t)=PPV(t)), может быть вычислено посредством математической модели, заданной следующим отношением:
N
d
0
2
где P представляет собой номинальную мощность, обеспечиваемую фотоэнергетической установкой, W представляет собой значение прямого излучения в условиях чистого неба, a W представляет собой стандартное значение излучения (например, равное 1000 Вт/м).
d
d
d
s
Значение W прямого излучения (в условиях чистого неба) можно вычислить, используя подходящую тригонометрическую функцию, которая объединяет несколько географических и временных величин: W=W(β,ψ,ψ,χ,d,t)
S
где β представляет собой высоту солнца, ψ представляет собой азимутальный угол солнца, ψ представляет собой азимут фотоэнергетической установки, χ представляет собой угол наклона фотоэнергетической установки, d представляет собой день в году, a t представляет собой время суток.
d
Значение W прямого излучения (в условиях чистого неба) можно подходящим образом корректировать посредством погодных поправочных коэффициентов для моделирования фотоэнергетической установки, работающей в условиях чистого неба.
В качестве альтернативы, значение PPV генерируемой мощности может представлять собой выявленное значение, измеренное на месте, или оценочное значение, вычисленное с помощью подходящих оценочных математических моделей.
LS
1
N
1
M
T
Процедура 2 сброса нагрузки содержит этап 22, на котором вычисляют целевое значение ΔP сброса мощности, отражающее целевое количество электрической мощности, потребляемой электроприемниками DL, …, DL, UL, …, UL, которое необходимо сбросить для прекращения текущего падения частоты.
LS
L
T
Предпочтительно целевое значение ΔP сброса мощности вычисляют на основании вычисленного значения ΔP мощности отключения с помощью подходящего алгоритма, так что:
LS
1
N
1
M
T
Процедура 2 сброса нагрузки содержит этап 22, на котором вычисляют целевое значение ΔP сброса мощности, отражающее целевое количество электрической мощности, потребляемой электроприемниками DL, …, DL, UL, …, UL, которое необходимо сбросить для прекращения текущего падения частоты.
LS
L
T
Предпочтительно целевое значение ΔP сброса мощности вычисляют на основании вычисленного значения ΔP мощности отключения с помощью подходящего алгоритма, так что:
L
Например, функция f(ΔP) может быть вычислена с помощью искусственной нейронной сети, обученной с заданным набором результатов моделирования или реальных результатов измерения.
L
В качестве другого примера, функция f(ΔP) может представлять собой линейную функцию, имеющую следующий вид:
L
L
ƒ(ΔP)=С(θ)⋅ΔP
i
1
2
3
m
где С(θ) представляет собой полиномиальную функцию параметров θ, собранных в θ=[θ, θ, θ … θ], которые включают в себя технические параметры сети (генераторы, кабели, электроприемники и т.д.) и установочный параметр алгоритма, в том числе, максимальное отклонение частоты, время восстановления, скорость изменения требований к частоте, требований к устойчивости и т.д.
Например, С(θ) может иметь следующее выражение:
i
где j представляют собой целые числа,  представляют собой действительные коэффициенты, m представляет собой количество параметров, θ представляет собой порядок многочлена.
LS
1
N
Процедура 2 сброса нагрузки содержит этап 23, на котором вычисляют график М потребления электрической мощности, в котором накопленное количество ΔP электрической мощности, потребляемое отключаемыми электроприемниками DL, …, DL, выражается в виде функции уровня i приоритета, присвоенного указанным отключаемым электроприемникам.
Пример графика М потребления электрической мощности показан на фиг. 4.
LS1
LSk
1
N
Значения ΔP, …, ΔP на оси ординат отражают накопленные количества электрической мощности, потребляемые отключаемыми электроприемниками DL, …, DL, имеющими уровень i приоритета, равный или меньше соответствующих значений оси х на оси абсцисс.
LSi
Характерное значение ΔP, относящееся к соответствующему уровню i приоритета, задано посредством следующего отношения:
j,j
где i представляет собой приоритет, j представляет собой индекс отключаемых электроприемников, Р представляет собой потребляемую мощность отключаемых электроприемников j, имеющих приоритет i.
LSi
1
N
В перспективе сброса нагрузки упомянутое выше характерное значение ΔP, относящееся к соответствующему уровню i приоритета, отражает накопленное количество электрической мощности, которое можно сбросить путем отключения отключаемых электроприемников DL, …, DL, которые имеют уровень i приоритета, равный или меньше соответствующих значений оси х на оси абсцисс, от микросети 100.
LSk
1
k
В целом, накопленная величина ΔP, отражающая общее количество электрической мощности, потребляемой отключаемыми электроприемниками DL, …, DL, задана следующим отношением:
LSk
1
k
В перспективе сброса нагрузки упомянутая выше накопленная величина ΔP отражает общее количество электрической мощности, которое можно сбросить путем отключения отключаемых электроприемников DL, …, DL, имеющих уровень i приоритета, равный или меньше k, от микросети 100.
LS
LSi
LSi+1
T
В целом, в графике М потребления электрической мощности вычисленное ранее целевое значение ΔP сброса мощности лежит на оси ординат между двумя последовательными накопленными величинами ΔP, ΔP при 1<=i<=N, где i представляет собой уровень приоритета.
LS
LS2
LS3
T
В примере с фиг. 4, целевое значение ΔP сброса мощности лежит на оси ординат между двумя последовательными накопленными величинами ΔP, ΔP.
LS_MIN
1
N
LS
T
Процедура 2 сброса нагрузки содержит этап 24, на котором определяют, с помощью графика М потребления электрической мощности, минимальное значение ΔP сброса мощности, отражающее минимальное количество электрической мощности, потребляемое отключаемыми электроприемниками DL, …, DL, которое необходимо сбросить для получения упомянутого выше вычисленного целевого значения ΔP сброса мощности.
LS_MIN
LS1
LSN
Предпочтительно, упомянутое минимальное значение ΔP сброса мощности представляет собой одну из накопленных величин ΔP, …, ΔP в графике М потребления электрической мощности.
LS_MIN
Упомянутое минимальное значение ΔP сброса мощности соответствует уровню i приоритета сброса в графике М потребления электрической мощности.
S
1
N
LS
T
Таким образом, уровень i приоритета сброса отражает минимальный уровень приоритета, при котором отключаемые электроприемники DL, …, DL, необходимо отключить, для получения упомянутого выше вычисленного целевого значения ΔP сброса мощности.
LS_MIN
LS3
S
LS_MIN
LS3
В примере, представленном на фиг. 4, упомянутое минимальное значение ΔP сброса мощности равно накопленной величине ΔP в графике М потребления электрической мощности. Уровень приоритета сброса, равный 3, то есть i=3, представляет собой уровень приоритета, соответствующий накопленной величине ΔP=ΔP.
LS_MIN
LS
Предпочтительно, минимальное значение ΔP сброса мощности определяют в качестве минимального накопленного количества ΔP в графике М потребления электрической мощности, для которого справедливо следующее отношение:
LS
LS
T
ΔP>=m*ΔP
LS_T
где ΔP представляет собой вычисленное целевое значение сброса мощности, а m представляет собой число между 0 и 1 (то есть, 0<=m<=1).
1
1
N
S
Процедура 2 сброса нагрузки содержит этап 25, на котором выдают первые управляющие сигналы СОN для электрического отключения отключаемых электроприемников DL, …, DL, микросети 100, которые согласованы с уровнем i приоритета, равным или меньше определенного уровня i приоритета сброса.
1
2
1
N
Предпочтительно, управляющие сигналы СОN выдают в переключающие устройства S (например, прерыватели цепи, контакторы, интерфейсы ввода/вывода, интерфейсы связи, и т.д.), соответствующие отключаемым электроприемникам DL, …, DL, подлежащим отключению от других частей микросети 100.
1
Процедура 2 сброса нагрузки содержит этап 26, на котором определяют, происходит ли по-прежнему падение частоты микросети 100 после выдачи первых управляющих сигналов CON.
1
N
1
M
Этап 26 определения в процедуре 2 сброса нагрузки является особенно важным, поскольку он позволяет проверить то, оказалось ли эффективным вмешательство по сбросу нагрузки в одном или нескольких отключаемых электроприемниках для сохранения баланса между электрической мощностью, обеспечиваемой источником электроэнергии GEN, и электрической мощностью, потребляемой электроприемниками DL, …, DL, UL, …, UL.
3
Предпочтительно, этап 26 определения того, происходит ли по-прежнему падение частоты микросети 100, содержит этапы, на которых получают третьи данные D, относящиеся к частоте указанной микросети.
3
Третьи данные D могут поступать от выявляющих устройств 400 или других выявляющих устройств известного типа.
3
3
Предпочтительно, третьи данные D содержат третье выявленное значение F частоты, отражающее частоту микросети 100.
3
TH3
Предпочтительно, этап 26 определения того, происходит ли по-прежнему падение частоты микросети 100, содержит этап, на котором сравнивают третье выявленное значение F частоты с третьим пороговым значением F частоты.
3
TH3
3
TH3
1
Если третье выявленное значение F частоты меньше соответствующего порогового значения F частоты, {F<F}, то падение частоты микросети 100 по-прежнему происходит в ответ на выдачу управляющих сигналов CON.
4
Предпочтительно, этап 26 определения того, происходит ли по-прежнему падение частоты микросети 100, содержит этап, на котором получают четвертые данные D, относящиеся к частоте указанной микросети.
4
Четвертые данные D могут поступать от выявляющих устройств 400 или других выявляющих устройств известного типа.
4
4
Предпочтительно, четвертые данные D содержат четвертое выявленное значение F частоты, отражающее изменение частоты указанной микросети с течением времени (на практике производная по частоте указанной микросети).
4
TH4
Предпочтительно, этап 26 определения того, происходит ли по-прежнему падение частоты микросети 100, содержит этап, на котором сравнивают четвертое выявленное значение F частоты с четвертым пороговым значением F частоты.
4
TH4
4
TH4
1
Если четвертое выявленное значение F частоты меньше соответствующего порогового значения F частоты, {F<F}, то падение частоты микросети 100 по-прежнему происходит в ответ на выдачу управляющих сигналов CON.
1
1
N
1
M
Наличие падения частоты в микросети 100 после выдачи управляющих сигналов CON означает, что вмешательство для сброса нагрузки, осуществляемое на предыдущих этапах 21-25 процедуры 2 сброса нагрузки, оказалось неэффективным, и что по-прежнему отсутствует баланс между электрической мощностью, обеспечиваемой источником электроэнергии GEN, и электрической мощностью, потребляемой электроприемниками DL, …, DL, UL, …, UL.
2
1
N
В этом случае, процедура 2 сброса нагрузки содержит этап 27, на котором выдают вторые управляющие сигналы CON для электрического отключения всех отключаемых электроприемников DL, …, DL микросети 100.
2
2
1
N
Предпочтительно, управляющие сигналы CON выдают в переключающие устройства S (например, прерыватели цепи, контакторы, интерфейсы ввода/вывода, интерфейсы связи и т.д.), соответствующие всем оставшимся отключаемым электроприемникам DL, …, DL, для отключения последних от других частей микросети 100.
Упомянутый этап 27 процедуры 2 сброса нагрузки находит техническое обоснование в том, что, если падение частоты по-прежнему происходит, то нет времени повторять этапы 22-25 процедуры 2 сброса нагрузки, поскольку частота меняется довольно быстро во времени. Таким образом, такой этап процедуры 2 сброса нагрузки обеспечивает робастное управление потреблением микросети 100 для ее защиты.
1
1
N
1
M
Если падение частоты в микросети 100 больше не происходит после выдачи управляющих сигналом CON, то это значит, что вмешательство по сбросу нагрузки, осуществляемое на предыдущих этапах 21-25 процедуры 2 сброса нагрузки, было эффективным, и что существует баланс между электрической мощностью, обеспечиваемой источником электроэнергии GEN, и электрической мощностью, потребляемой электроприемниками DL, …, DL, UL, …, UL.
В этом случае процедура 2 сброса нагрузки (и способ 1) в принципе завершается.
Очевидно, что рабочие условия микросети 100 могут меняться со временем, например, из-за увеличения (по любой причине) количества электроприемников, электрически подключенных к микросети 100.
Таким образом, этап 26 определения того, происходит ли падение частоты микросети 100, предпочтительно осуществляют циклически, пока микросеть 100 работает без подключения к основной сети.
Если падение частоты в микросети определяют в любое время, когда микросеть 100 работает в «островном» режиме, то этап 1 предусматривает осуществление раскрытого выше этапа 27 сброса.
Способ 1 согласно настоящему изобретению, в частности, реализуется посредством компьютерного устройства 300.
Таким образом, согласно еще одному аспекту настоящее изобретение относится к компьютерной программе 350, содержащей программные инструкции для осуществления способа согласно настоящему изобретению.
Компьютерная программа 350 сохранена или выполнена с возможностью хранения в носителе информации, например, в памяти компьютерного устройства 300 (фиг. 1).
Согласно другому аспекту настоящее изобретение также относится к компьютерному устройству 300, содержащему компьютерные ресурсы (например, один или несколько микропроцессоров), выполненных с возможностью исполнения программных инструкций для осуществления способа согласно настоящему изобретению.
Компьютерное устройство 300 может представлять собой компьютерное устройство, установленное на месте или удаленно относительно распределительной электрической микросети 100.
Например, компьютерное устройство 300 может представлять собой блок защиты и управления, установленный на плате переключающего устройства, или цифровое реле для распределительных электрических сетей или контроллер.
Типовое время обработки для осуществления способа согласно настоящему изобретению может составлять примерно 20 мс.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение также относится к аппарату или устройству управления, содержащему аппаратные и программные ресурсы для исполнения программных инструкций для осуществления способа 1 согласно настоящему изобретению.
Например, аппарат или устройство управления может содержать компьютерное устройство 300, оснащенное обрабатывающими ресурсами, выполненными с возможностью исполнения программных инструкций для осуществления способа согласно настоящему изобретению.
Устройство или аппарат управления может быть скомпонован в соответствии с различными структурами управления, например, централизованными структурами или многоуровневыми структурами.
Способ согласно настоящему изобретению является довольно эффективным для управления потреблением мощности микросети, когда она работает без подключения к основной сети, и сохранения баланса между потреблением мощности электроприемниками и располагаемой мощностью, обеспечиваемой источником электроэнергии микросети.
Это гарантирует робастное управление работой микросети, и одновременно позволяет предотвратить или уменьшить необязательные вмешательства в электроприемники для сброса нагрузки.
Способ согласно настоящему изобретению, в частности, обладает возможностью реализации посредством различных структур управления, в зависимости от потребностей, например, посредством централизованных, многоуровневых или распределенных структур управления.
Способ согласно настоящему изобретению, в частности, обладает возможностью реализации с использованием аппаратных и программных ресурсов, которые уже установлены на месте для управления работой распределительной электрической сети.
Способ согласно настоящему изобретению, в частности, обладает возможностью реализации в цифровых распределительных сетях (интеллектуальных сетях, микросетях и т.д.).
Способ согласно настоящему изобретению можно относительно легко и дешево реализовать на практике на месте.