Устройство для моделирования п-проводной несимметричной линии электропередачи

10 429436 Союз Советских Социалистицеских Республик(51) М. Кл. 6 06 д 7/62 пением заявкис присое Государственный комитет Совета 14 инистров СССР по делам изобретений и открытий(32) Прнорите Опубликовано Дата опублик(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ и-ПРОВОДНОЙ НЕСИММЕТРИЧНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИИзобретение относится к аналогово-вычислительной технике и может быть применено для исследования работы несимметричных высоковольтных линий и вопросов, связанных с релейной защитой этих линий.Известны устройства для моделирования воздушных высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) с помощью цепочечной модели, состоящей из некоторого количества ячеек.Каждая ячейка, являющаяся П-образным многополюсником, моделирует участок линии, максимальная длина которого определяется специальным расчетом. Ячейка состоит из катушек индуктивности, взаимоиндуктивности (трансформаторов), активных сопротивлений и емкостей. При необходимости моделирования линии, длина которой превышает максимально допустимую длину, эквивалентируемую одной ячейкой, модель составляется из нескольких цепочечно соединенных ячеек.Основное затруднение, встречающееся при моделировании несимметричной 1 п-проводной ВЛ, заключается в сложности практической реализации системы взаимных продольных сопротивлений с учетом влияния земли с конечной проводимостью. В этом случае и-проводная ВЛ изображается с помощью 2 а цепочек ЯЬС (и цепочек - провода ВЛ и и цепочек, отображающих влияние земли), связанных друг с другом катушками взаимоиндуктивности, минимальное число которых равно 2 п - и. При этом величина взаимоиндуктивности может зависеть от частоты.Как правило, моделирование реальных ВЛ5 производится при упрощающем предположении, что линия является симметричной, Такоеупрощение в значительной степени облегчаетпостроение модели, давая возможностьстроить ее без катушек взаимоиндуктивности10 и учитывать влияние земли включением цепочки И. в обратный (и+1)-ый провод (шинунулевого потенциала). Однако при моделировании резко асимметричных ВЛ (например,с горизонтальным расположением проводов)15 напряжением 330 кв и выше такое упрощениеможет привести к значительным погрешностям,Цель изобретения - повышение точностимоделирования и расширение рабочего диа 20 пазона частот утройства.Для этого предлагаемое устройство содержит блоки преобразования, выполненные ввиде п-групп трансформаторов по и трансформаторов в каждой группе, причем первичные25 обмотки трансформаторов в каждой группепервого блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствую.цимвходам устройства и к шине нулевого потенциала, а вторичные обмотки трансформато 30 ров, по одной из каждой группы, соединеныО У начала - Аконца последовательно и подключены к входам моделей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала, при этом вторичные обмотки трансформаторов в каждой группе второго блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствующим выходам устройства и к шине нулевого потенциала, а первичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к выходам моделей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала.В основу построения предлагаемого устройства положен известный метод разложения системы напряжений и токов проводов несимметричной ВЛ на систему независимых модальных (волновых) составляющих,Известно, что однородный участок несимметричной и-проводной ВЛ может быть описан матричным уравнением типа А где У и 1 - столбцевые матрицы и-го порядка напряжений и токов проводов ВЛ;А - квадратная матрица 2 и-го порядка, связывающая напряжения и токи проводов в начале и конце ВЛ.Известно также, что матрица А может быть представлена в видеА=У А,)(У- =Ац 1 А"1) )(0 (л ) Ада 1 АжаХ, ) (2)где У - квазидиагональная матрица 2 и-го порядка, блоки которой Х и (1 в ) являются квадратными матрицами и-го порядка;Аа - квадратная матрица 2 и-го порядка, блоки которой А,чан,Ащ, являются диагональными матрицами а-го порядка.Матрица У описывает (2 и+1) -полюсный идеальный преобразователь системы напряжений и токов проводов в систему модальных напряжений и токов.Матрица Х является матрицей собственных векторов произведения матрицы Л продольных погонных сопротивлений реальной ВЛ на матрицу У поперечных погонных проводимостей этой линии.Матрица Аа описывает систему и не связанных одна с другой однопроводных линий с общим идеальным обратным проводом, погонные продольные сопротивления и поперечные проводимости которых равны соответствующим элементам диагональных матрицг, - 1, - Л(Л-) и 1=ЛЛ. (3) Таким образом, реальная и-проводная несимметричная ВЛ может быть представлена в виде цепочечного соединения (2 а+1)-полюс- ника У, и однопроводных линий с общим идеальным обратным проводом и (2 а+1) -полюсника У - ,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4Схема предлагаемого устройства для моделирования несимметричной ВЛ представленана фиг. 1, где У, У- - многополюсники (блоки преобразования); - 1 - 1 ж- ЕЬ(1),у(1)26(и)у(а) - четырехполюсники (модели однопроводной линии); - 2 в 2 3 -общий обратный провод (шина нулевого потенциала) .Расчеты, произведенные на ЭВМ, показывают, что в диапазоне частот до 5 - 10 кгцпрактически для всех типов ВЛ, а в диапазоне частот до 500 в 10 кгц для всех трехпроводных ВЛ, элементы матриц Х близки к действительным числам и относительно мало зависят от частоты и удельного сопротивленияземли.Если элементы матрицы Х чисто действительные величины, то схема блока преобразования У (и У - ) может быть представлена ввиде г последовательно-параллельно соединенных идеальных трансформаторов, как показано на фиг. 2.Идентичность блока преобразования посхеме фиг. 2 и многополюсника У, следует изтого, что для обоих справедливы одни и те жематричные уравнения, преобразующие систему напряжений и токов ВЛ в систему модальных напряжений и токов и обратно,ц,. - -ц;= О-М. (4)Коэффициент трансформации идеальноготрансформатора иа, по схеме фиг. 2 равен значению К;-того элемента матрицы Х - .Схема блока преобразования 1 -идентична схеме блока преобразования 1 при обратном направлении передачи сигнала.Для схемы фиг. 2 могут быть использованыреальные трансформаторы с достаточно малыми потерями, рассеянием, межвитковой имежобмоточной емкостями и достаточно большой индуктивностью обмоток.Моделирование однопроводных линий, соответствующих независимым модам распространения сигнала между концами несимметричной ВЛ, осуществляется цепочкой П-образных ячеек (на схеме фиг, 1 это четырехполюсники Л) - 2 - .2 п,Схема ячеек представлена на фиг, 3. Наборпараллельных цепочек Я+А в одной ячейкене превышает трех и необходим для получения заданной зависимости продольного сопротивления от частоты.Обратный провод принимается общим длявсех однопроводных линий и соединяет земляные зажимы многополюсников 1 л и 1 уи имитируется проводником с достаточно малым сопротивлением.При включении предлагаемого устройствамежду некоторым источником э.д.с. с одной,например левой, стороны, и нагрузкой с другой (правой) стороны, напряжения и токи навходе устройства, равные напряжениям и токам реальной ВЛ при заданных граничныхусловиях, трансформируются в соответствиисо специально выбранными коэффициентамитрансформации трансформаторов и обуславливают модальные напряжения и токи на входах моделей однопроводных линий, Так, например, напряжение (1, первой моды оказывается равнымУ, = ПО, + ПУг+ ПУгвторой модыЦ 2) - ПгРд + ПггУг + ПггУг И Т, Д,Напряжение и ток от входа каждой модели однопроводной линии передаются через схему этой модели к ее выходу, изменяясь по фазе и величине, так же как они изменялись бы в моделируемой однопроводной ВЛ с определенными в соответствии с формулой (3) первичными параметрами,Здесь эти напряжения и токи трансформируются во втором блоке преобразования и обуславливают напряжения и токи на выходе устройства, равные напряжениям и токам реальной ВЛ при заданных граничных условиях.Так, например, ток первого провода ВЛ оказывается равным1 д - и д д 1(д ) + Пг д 1(2) + Пг д 1(3) зток второго провода1 г - Пд г 1(д) + Пгг 1(2) + Пзг 1(3)и т.д.Предлагаемое устройство может быть использовано при моделировании несимметричных ВЛ напряжением 330 кв и выше, необходимом для исследования вопросов, связанных с релейной защитой этих линий, при моделировании передачи постоянного тока 800 и 1500 кв для исследования работы этих передач и т. д.5Предмет изобретенияУстройство для моделирования и-проводнойнесимметричной линии электропередачи, со держащее модели однопроводных линий, соединенных с шиной нулевого потенциала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования и расширения рабочего диапазона частот устройства, оно содер жит блоки преобразования, выполненные ввиде и-групп трансформаторов по п трансформаторов в каждой группе, причем первичные обмотки трансформаторов в каждой группе первого блока преобразования соединены па раллельно и подключены к соответствующимвходам устройства и к шине нулевого потенциала, а вторичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к входам мо делей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала, вторичные обмотки трансформаторов в каждой группе второго блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствующим выходам устрой- ЗО ства и к шине нулевого потенциала, а первичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к выходам моделей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала.4294,36 Риг Г оставитель Е. Тимохин едактор Т. Иванова Техред Т. Курилко Корректор Т, Хворо Изд.866 Тираж 624 осударственного комитета Совета Минис по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5