Устройство для расчетов режимов электрическихсетей

О П И С А Н И Е 332473ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 8.17.1970 ( 1427059/18-24) М. Кл. б 06 д 7/62 нением заявки при иоритет Комитетобретений еламткрыти Опубликовано 14.1.1972, Бюллетень10 ДК 681 333(088 8) ри Совете Министров СССР.1 Ъ.1972 Дата опуб вания описания НАЯА Т, С, Яковлева зобретени Заявительюв:Ф:; - :;" фх-,сесоюзныи научно-исследовательскии институт электроэнергетики ТРОЙСТВО ДЛЯ РАСЧЕТОВ РЕ СЕТЕЙМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ бласти вычислик специализироинам для энертематические электронные модели генераторов и станций. Физическая модель сети работает на переменном токе, Для представления в модели линий, трансформаторов и нагрузок 5 используются схемы, содержащие резисторы,конденсаторы и катушки индуктивности.Для моделирования произвольной сети этиэлементы выполнены в виде магазинов сопротивлений, емкостей и индуктивностей. Однако 10 изготовление магазинов калиброванных реактивных сопротивлений трудоемко. Кроме того, эти устройства имеют меньшую точность по сравнению с устройствами, работающими на постоянном токе.15 В предлагаемом устройстве эти недостаткиустранены, Сокращение объема оборудования и повышения точности в этом устройстве достигается благодаря использованию моделей сети на постоянном токе и переходу в 20 уравнениях, описывающих режим сети, отлинейных величин к узловым величинам, В основу моделирования положены следующие уравнения. з- нмоделирования оенные на базе ой вычислительявляется боль ства длятем, пострв аналоговедостаткомвания.устройствэнергосистесети энер Известны устрои ежимов энергосис тандартных блоко ой техники. Их н шой объем оборудоИзвестны также ания режимов физическую модель и 1,=; У л=та для моделиром, содержащиегосистемы и ма Изобретение относится к отельной техники в частностиванным вычислительным машгетики.При проектировании и в процессе эксплуатации энергосистем часто возникает задача расчета потокораспределения активных и реактивных мощностей в сетях энергосистемы. Эта задача может быть самостоятельной, или являться составной частью таких задач, как расчет статической и динамической устойчивости, оптимизация режима по активной мощности и напряжениям и выбор установок устройств автоматики и т. д. Для решения этой задачи широко используются как универсальные ЦВМ, так и специализированные вычислительные устройства. Последние имеют преимущества в отношении скорости выполнения расчетов, так как они лучше приспособлены для ввода исходных данных, и по воляют быстро просматривать массу вариа тов.%т = г т т 1 (- вектор напряжения в тз-ом узсети;(4) 1, - вектор тока в 2-ом узле сети;5; - комплексная мощность в 2-ом узле;Уи - комплексная проводимость ветвимежду узлами 2 и К;1 - сопряженное значение вектора тока. Собственные проводимости узлов У 22 образуются суммированием проводимостей всех ветвей сети, примыкающих к узлу 1.Для сокращения записи уравнение (1) можно представить в матричной форме1= УУ, (1 а)Все комплексные величины разложим на действительные и мнимые составляющие 1-1 и - 1-чаи + 11 ри12 =.1 а 2+1 р 25,= Р 2+ 1 ЯУи = йи - 12 ЪПрименяя эти обозначения в уравнениях (1) и (2), получим матричные уравнения для составляющих токов в узлах1 а = Й 1 а+ ЬУ,п (4 а)1 = Ы/ - дЬ (46), а также систему уравнений для узловых мощностейр, - и 1 - И 1 р, (5 а)(О)2 1, - 1,1 , + 11 а 21 (56) Кроме того, во многих случаях при расчетах необходимо иметь в модели в удобной форме все физические величины, характеризующие режим сети. 11 оэтому вводятся также дополнительные переменные(1; - модуль напряжения в узле сети;б; - фазовый угол вектора напряжения вузле 2 относительно вектора напряжения в узле, принятом за оазисныи. Эти дополнительные переменные связаны с представлением вектора напряжения в полярных координатах. Соотношение между ними и переменными в прямоугольной системе координат определяется формулами преобразования координатСУаю = с 12 сов о 2 (ба)(6)У 2 - Е 12 81 п о (66)Уравнения (4), (5) и (б) положены в основу моделирования.Схема предлагаемого устройства содержит четыре модели постоянного тока, выходы которых попарно подаются на сумматоры; эти модели вместе с сумматорами образуют токовую модель сети, с помощью которой рассчитывается режим сети переменного тока потокам и напряжениям в узлах. Выходы токовой модели подключены ко входам узловых датчиков мощности, при помощи которых рассчи 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 тывается режим сети по мощности. Выходыдатчиков мощности подключены ко входамусилителей-интеграторов, которые играютроль следящих систем и с помощью которыхустанавливается режим, соответствующий заданным условиям. Выходы усилителей-интеграторов подключены через преооразователикоординат ко входам токовой модели сети (коВХОДаМ ЧЕТЫРЕХ ЫОДЕЛСЙ ПОСТОЯННОГО Тока) .1.1 а фиг. 1 показана общая структурная схема аналоооо Вычислительного устроиства;на фиг, 2 - датчик мощности узла; нафиг. 3 - преооразОВатель координат узла.г 1 а фиг. 1 - 3 обозначено: 1 - 4 - модели сети, 5, 6 - сумматоры токовой модели сети,7, 8 - преобразователи тока в напряжение,9 - 12 - блоки перемножения датчика мощности узла, И, 14 - сумматоры датчика мощности узла, 15 - неллнейный блок, реализующий косинусоидальную функцию, 16 -нелинейный блок, реализую 1 ций синусоидальную функцию, 1/, 18 - блоки перемноженияпреобразователя координат, 19 - токовая модель сети, 20 - 22 - преобразователи координат узла, 28 - 25 - датчики мощности узла,26 - 81 - операционные усилители.Токовая модель 19 сети служит для воспроизведения уравнений (4). В соответствии соперациями умножения матрицына столбец в схеме содержится четыре модели (1 - 4), Все модели повторяют конфигурацию сети энергосистемы, выполнены на резисторах и явля 1 отся ъ 10 деляы 11 на постоянном 1 оке, 11 ровод 11 мости ветвей моделе 11 пропорциональны соответственно величинам д и5 моделируемых линий.Выходы первой и второй моделей подключены ко входу сумматора 5, выходы третьейи четвертой моделей - ко входу сумматора 6.Сумматоры 5 и б выполняют операции алгебраического сложения.Датчики мощности узла реализуют уравнения (О).11 реобразователи тока в напряжение 7 и 8построены на стандартных операционных усилителях. Каждый блок перемноженля 9 - 12датчика мощности узла служит для выполнения одной операции перемножения двух переменных величин, входящих в уравнение (5).Выходы блоков перемножения (могут бытьиспользованы стандартные блоки для универсальных аналоговых машин) подключены ковходам сумматоров 18 и 14, которые выполняют операцию алгебраического суммирования.Преобразователи координат реализуютуравнения (б). Они имеют два входа /; и б;и два выхода Уа; и с 1 р Преобразователь координат узла содержит синус-косинусные блоки 15, 16 и блоки перемножения 17 и 18, вкачестве которых могут быть использованыстандартные схемы аналоговой вычислительной техники,Токовая модель сети имеет 2 и входов (1 аьр 1 -а 2 р 2 , 1 ап .1 рп И 212 ВЫХОДОВ 1 а 1, 3324735 До 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 65 51 Р 1, 1 Р 1 1 Р, Каждому узлу сети в устройстве соответствуют канал, содержащий датчик мощности, два операционных усилителя и преобразователь координат. Например, первый канал содержит датчик мощности 23, ко входам которого подключены выходы У и Ур, преобразователя координат 20, а также выходы 1 и 1, токовой модели сети 19. Выходы датчика 23 подключены к двум операционным усилителям 2 б и 27, включенным по схеме интегратора. Каждый усилитель имеет по одному дополнительному входу Р, и Я;.ф,Они соединены с блоком задания исходных данных (на фиг, 1 не показан),Выходы б; и У; усилителей 2 б и 27 соединены со входом преобразователя координат 20, Остальные каналы схемы построены аналогично.Схема работает следующим образом.Для каждого узла задается значение активной мощности Р,." и реактивной мощности Я,ф, Величины мощностей Р, и Я;, получающиеся на выходе датчиков мощности, сравниваются с заданными значениями, и в зависимости от величины рассогласования на выходах усилителей интеграторов 2 б - 31 накапливаются те или иные величины модуля напряжения У; и фазового угла б;. Параметры вектора напряжения У,(б;, представленного в полярных координатах, преобразуются в прямоугольные координаты Ум - 10; с помощью преобразователей 20 и 22,На вход токовой модели сети задаются значения активной и реактивной составляющих вектора напряжения каждого узла, а на выходе токовой модели в соответствии с уравнениями (4) образуются значения активных и реактивных составляющих узловых токов.Затем в датчиках мощности 23 - 25 в соответствии с уравнениями (5) формируются величины активной и реактивной мощности узла Р; и Я;, переходный процесс в устройстве протекает до тех пор, пока значения мощностей Р; и Я; не станут равны заданным величинам Р,", фф". После выполнения условий Р;=Р,", Я;=Я,." величина рассогласования на входах усилителей интеграторов 2 б - 31 становится равной нулю; напряжения на выходах интеграторов остаются постоянными и соответствуют параметрам У; и б; искомого режима сети.Схема, показанная на фиг. 1, относится к случаю, когда режим системы задается путем задания в каждом узле активной и реактивнои мощности Р; и Я;. Возможны и другие способы задания режима отдельных узлов сети:а) задание вектора напряжения Уб) задание модуля напряжения У; и Р,; в) задание величины параметров шунта нагрузки г,+1 х(или д - 1 Ь) в нагрузочных узлах, Часть узлов является пустыми узлами(не содержат источников энергии и подклю. ченных нагрузок, а являются просто точками в которых сходятся несколько линий) для таких узлов Р;=О, Я;=О,Все случаи могут быть реализованы в схеме, показанной на фиг, 1, так как она наиболее общая. Остальные варианты образуются как частные случаи путем ее упрощения,Наличие в устройстве моделей, повторяющих конфигурацию сети, позволяет сократить объем оборудования и повысить удобство моделирования, в частности позволяет легко моделировать отключение линий и другие коммутационные операции.Устройство может быть самостоятельным и выполнять функции автоматизированного стола переменного тока для расчета режимов сети энергосистемы. Оно может входить как составная часть в специализированные машины, предназначенные для расчета статической и динамической устойчивости или для оптимизации режимов энергосистем. Устройство может входить также в аналого-цифровой комплекс, решающий энергетическую задачу, в которую входит расчет режима сети энергосистемы.Устройство предназначено для расчета режимов сетей 35 - :500 кв. Объем устройства возрастает с ростом объема моделируемой сети, При сети большого объекта целесообразно предварительно упростить ее схему методом эквивалентных преобразований.Устройство может быть применено в проектных, исследовательских организациях и на вычислительных центрах диспетчерских управлений энергосистем. Предмет изобретения Устройство для расчетов режимов электрических сетей, содержащее модели сети, повторяющие конфигурацию сетей энергосистемы, преобразователи тока в напряжение, операционные усилители, блоки умножения, датчик мощности узла и преобразователь координат узла, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, повышения его точности и надежности, в нем датчик мощности узла выполнен в виде двух преобразователей тока в напряжение, причем выходы одного преобразователя соединены со входами двух блоков умножения, а выходы другого преобразователя тока в напряжение соединены со входами двух других блоков перемножения, выходы блоков перемножения соединены попарно со входами двух сумматоров датчика мощности узла, а выходы моделей сети соединены попарно с двумя сумматорами, выходы которых подключены к первым двум входам трех датчиков мощности узла, каждый из двух выходов которых через интегратор соединен с преобразователем координат узла, выходы которых подключены ко входам моделей сети и ко вторым двум входам датчиков мощности узла.332473 иг. / Мз 357 Тираж 448 Подп по делам изобретений и отк ете Министров СССР 35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 1020/4 Изд. ЦНИИПИ Комитета при Сов Москва, Ж ое ий пография, пр. Сапунова, 2 Составитель Е, Тимохина едактор Л. Утехина Техред А, Камышникова Корректоры: М. Коробова и Л, Корогод