Устройство для моделирования линии электропередачи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) 6 06 6 7/6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЯ ИЕ ИЗОБРЕТ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ В(57) Изобретение относится к технике моделирования на АВМ линий электропередачи переменного и постоянного тока и может быть использовано для создания моделей разветвленных сетей электропередачи, Цель изобретения - упрощение и повышение точности моделирования, Для достижения указанной цели в устройство между узлами подключения нагрузок введены блоки моделирования незамещеннцх отрезков линии электропередачи, которце имеют простую аппаратную реализацию, обладают требуемой точностью и устойчивостью, так как не содержат контуров положительной обратной связи и позволяют воспроизвести в линии любой спектр частот колебаний беэ привлечения дополнительных решающих усилителей. 5 ил.(71) Истринский филротехнического инс(53) 681.333(088.8) 32ал Всесоюзного электтута им. В,И.Ленина энергии постоянным и перем/ Известия НИИПТ, сб,14, ие аналоговых вычислительнергетических системах,/Под лова, М.: Энергия, 1970, с,88, ,17. Изобретение относится к технике моделирования на аналоговых вычислительных машинах и может быть использовано при моделировании линий электропередачи (ЛЭП) переменного и постоянного тока.Целью изобретения является упрощение и повышение точности моделирования.На фиг.1 представлена структурная схема устройства для моделирования линий электропередачи; на фиг.2 - схема замещения линии электропередачи, в соответствии с которой построено устройство моделирования линии электропередачи; на фиг.3 - блок моделирования незамеще 1 ного отрезка линии электропередачи; на фиг,4 - модель Т-образного звена с нагрузкой; на фиг,5 - блок моделирования,Устройство для моделирования линии электропередачи содержит иблоков моделирования незамещенных отрезков, 1,1- 1;(и) линии электропередачи,п идентичных модели Т-образных звеньев 2.1 - 2 я с нагрузкой. замещающих линейные участки любой длины (например, длиной 1 км), блок 3 моделирования напряжения генератора и блок 4 моделирования напряжения потребителя, причем каждый блок моделирования незамещенного отрезка линии электропередачи включает узел 5 воспроизведения гиперболического котангенса, узел 6 воспроизведения гиперболического тангенса, первый 7, второй 8 и третий 9 сумматоры, первый инвертор 10,четвертцй сумматор 11 и второй инвертор 12.(56) Передача менным токо Энергия, 1968Применен ных машин в э ред. А.И.Соко 108, рис.2,8, 2 (54) УСТРОИС ЛИНИИ ЭЛЕК ВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯРОПЕРЕДАЧИ Схема замещения (фиг,2) включает регоры 13, индуктивности 14, конденсато 5..(19) (Ч 1и - 1)г гР Для того приближени ственио к фу ице сумм скорректиро рующие фун обеспечи ых сумм К Ь Л/2 ийЛ Н целе а к ни ь хорошее Н соответ- /2, частичообраэно корректи, чтобы частичн кциям стК и Ло= (р + В) РС; 2.(Р) = Р- - ,ть, доии, То вива+в длинной ать уоавненияи (11) вой вычислительной риводит к модели, сооложительной обратловлеио структурой 1) и(1)Уравнений. Для о устойчивой модели е новые переменные, ой суммы и разности в в начале и конце лиа=Н= Х= Он + Ок (8) , (И 1)7-ц. - о.: %1 Блоки 3 и 4 выполнены иа генераторах 16 и индуктивностях 17,Сумматор 7 выполнен иа оперативном усилителе 18 с резисторами 19.Узел 5 включает операционнце усилители 20 и 21, резисторы 22, конденсаторы 23 1 и потенциометры 24,Узел б содержит резисторы 25, конденсаторы 26, операционнцй усилитель 27 и потеициометры 28.Сумматор 8 выполнен иа операционном усилителе 29 с резисторами 30, сумматор 9 - иа операционном усилителе 31 с резисторами 32, иивертор 10 - на операционном усилителе ЗЗ с резисторами 34, сумматор 11 - на операционном усилителе 35 с резисторами 36, а иивертор 12 - на операционном усилителе 37 с резисторами 38.Блок 2 включает операционные усилители 39 - 43, резисторы 44, конденсаторы 45, переменный конденсатор 46, переменный резистор 47 и ключи 48, а блок 3 - операционные усилители 49 и 50, конденсатор 51 и резисторы 52.Решение уравнений однородной двухпроводной длинной линии может быть выраженос помощью запаэдывающих Функций: О (Р) + т(Р)к(р) = 1 Он(Р) + 7(Р) Ь(РР; (1) - Он(р) 7(р) 1 н(Р) = 1 Ок(р) 7-(р) 1 н(р)Т Р) или с помощью гиперболических функций Он(р) =1,(р) Е(р)сй Л к(р) 4 р)созесЬ Л,(4) где Он, Ок, 1 н, Тк - соответственно векторы напряжений и токов в начале и конце линии; Л =Ло 1, (5)- длина линии,Попытка реализовсредствами аналоготехники неизбежно идержащей контуры иной связи, что обусобразующих системы(получения структурнвведем в рассмотренипредставляющие собрежимных параметронии 49 == Тн+Тк, (10 НЙ - 1, -3, (1 1 (1 Ч)Из (1 П) находимО= -"(Х+У); (12)1,- О,=у(13)3 (Ч)Складывая, а затем вычитая уравнения(3) и (4), после преобразований получим 18 Х(р) = М(Р) Е(р) сЭ - ; (14)2ЙР) = М(Р) 4 Р) 1 Й 2 (15) (Ч 1) 5Входящие в уравнения (Ч) функциис 1 Ь Л/2 и й Л/2 - мероморфные функции, и каждая из них может быть разложена на простейшие дроби вида 5 ф 2г г . (17) (Ч Л 4 Л.и =1 Л +(2 и - 1) к 4 ЛсЛ (2Лг -1- (г - 1)г,тг Последние члены в уравнениях (20) и(2 1) - корректирующие функции.Система уравнений (Ч), (Ч), (Ч 1), (1 Х) является исходной при моделировании отрезков линии в предлагаемом устройстве моделирования, Неизвестные коэффициенты А,В,С и О корректирующих функций определяются в результате процедуры коррекции, Их численные значения зависят от выбора числа и членов ряда в выраженияхВыходные сигналы первого инвертора 10 и четвертого сумматора 11 являются входными сигналами соответственно В-го Тобразного звена с нагрузкой и С+1-го Т-об 10 разного звена с нагрузкой. В Р-м Т-образном звене с нагрузкой на выходе усилителя 43 воспроизводится ток нев начале С-го отрезка, (23Аналогичным образом могут быть получены выражения вида (20) и (21) для любого значения и. Использование для воспроизведения функций сй Л/2 и ЙЛ/2 выражений (22) и (23) обеспечивает учет первых четырех собственных частот, причем в этом диапазоне частот фаэочастотные характеристики функций сй Л/2 и й Л /2 воспроизводятся практически без погрешности, а погрешность воспроизведения амплитудно-частотных характеристик в диапазоне изменения Л до его значения, соответствующего длине линии 2500 км, не превышает 1%.Устройство, работает следующим образом.Получаемые на выходах блоков моделирования напряжений генератора и потребиеля аналоговые напряжения Он и Ок поступают в модель линии, обеспечивая ее функционирование. При этом в каждом 1-м блоке моделирования незамещенного отрезка линии на выходе узла б воспроизведения 1 Ь Л/2 получается решение уравнения (15), а на выходах узла 5 воспроизведения сй Л/2 - соответствующее решение уравнения (14). При воспроизведении гиперболических функций используются их разложения вида (20) и (21). Учет каждой функции вида Е (р) В Щ + ОпЩ входящей в уравнения (14) и (15) после под-, становки в зти уравнения выражений (20) и (21) соответственно, обеспечивается путем подключения к входу усилителя 22 или 27 пассивной цепочки, содержащей два конденсатора и два резистора, Выходные сигналы узла 5 воспроизведения сй Л/2 и узла б воспроизведения й Л/2 суммируются на входах третьего сумматора 9, на выходе которого получается решение уравнения (12), Выходной сигнал третьего сумматора 9 инвертируется с помощью первого инвЕртора 10, Выходной сигнал третьего сумматора 9 и выходной сигнал узла б воспроизведения й Л/2 суммируются на входе четвертого сумматора 11, на выходе которого получается решение уравнения (13), Таким образом,(25) Ои- ОЕр+й(27) где Ои - напряжение в узле +1-го звена,Сигналы - е и+ ки соответственно 1-гои +1-го Т-образных звеньев с нагрузкой по- ступа.от на входы усилителей 18, 29 и 37 блока 1 моделирования согласно фиг.3, при этом на выходе усилителя 18 получается решение уравнения (11), а на выходе усилите ля 29 - решения уравнения (1 О), Выходныесигналы М и М усилителей 18 и 29 являются входными сигналами соответственно для узла 5 воспроизведения сй Л/2 и узла б воспроизведения й Л/2. В первом Т-образном звене с нагрузкой отрабатывается ток(20) и (21). Не останавливаясь на процедурекоррекции, приведем выражения вида (20) и+ 4 Л + 28,377 ЛЛ +16 д 2 Л +710 на выходах первого инвертора 10 и четвертого сумматора 11 воспроизводятся напря.жения соответственно в начале и конце 1-го отрезка линии.5 где Ое- напряжение в узле 1 Г-го звена.20 Воспроизведение напряжения в узлеЕго Т-образного звена с нагрузкой обеспечивается с помощью интегратора (операционного усилителя 40), решающего уравнения:25 Усилитель 42 инвертирует выходное напряжение интегратора 40,30 На выходе усилителя 39 воспроизводится ток в конце 1 - 1-го отрезка линии в соотвегствии с уравнением Подобно тому, как в г-м Т-образном звене воспроизводится ток в конце- 1-го отрезка линии, в (1+1)-м Т-образном звене с 40 нагрузкой воспроизводится тока в конце1 н в начале линии в соответствии с уравнениемОн - О 11 н = - (28)р 1 +В5 где О 1 - напряжение в первом узле.Аналоговый сигнал 1 н, отображающий ток 1 н, поступает в блок 3 моделирования напряжения генераторагде отрабатывается напряжение в начале линии в соответст вии с уравнениемОн Гн р 1-и 1 н (29) где Гн - аналоговый сигнал, отображающий ЭДС Ен,1 н - индуктивность генератора. 15В и-м Т-образном звене с нагрузкой отрабатывается ток 1 к конце линии в соответствии с уравнением Он- Ор 1.+К Р 0) где Оп - напряжение в узле и,Аналоговый сигнал 1, отображающийток 1 к, поступает в блок 4 моделирования 25напряжения потребителя, где отрабатывается напряжение в конце линии в соответствии с уравнениемОк= Гк р 1-к 1 к (31)где Гк - аналоговый сигнал, отображающий 30ЭДС Ек,1 к - индуктивность реактора.Имитация подключения нагрузки йн вузле Г(согласно фиг.4) обеспечивается путемвключения в цепь обратной связи усилителя 3540 Г-го Т-образного звена резистора 47 (Я),Имитация подключения нагрузки Сн в узле Гобеспечивается путем включения в цепь сбратной связи усилителя 40 Г-го Т-образногозвена конденсатора 46 (С 1), Имитация подключения нагрузки Ь в узле Гобеспечивается путем подключения к входу усилителя 40выхода интегратора, выполненного на усилителе 41. Имитация режима короткого замыкания в узле Г обеспечивается путем 45закорачивания цепи обратной связи усилителя 40,Предлагаемое устройство не содержит контуров положительной обратной связи и 50 обеспечивает возможность учета подключения нагрузок в узлах 1,и модулируемой линии или воспроизведения коротких замыканий в этих узлах. Устройство позволяет воспроизвести любой желаемый спектр ча стот колебаний в линии, при этом расширение спектра частот осуществляется путем подключения пассивных цепочек к входам усилителей 20 и 27 без привлечения дополнительных решающих усилителей при любом числе пролетов.Формула изобретения Устройство для моделирования линии электропередачи, содержащее и Т-образных звеньев с нагрузкой, блок моделирования напряжения генератора и блок моделирования напряжения потребителя, причем выход блока моделирования напряжения генератора соединен с первым входом первого Т-образного звена с нагрузкой, вход блока моделирования напряжения генератора подключен к первому выходу первого Т-образного звена с нагрузкой, выход блока моделирования напряжения потребителя соединен с первым входом и-го Т-образного звена с нагрузкой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения точности моделирования, в него введены иблоков моделирования незамещенных отрезков линии электропередачи, каждый из которых содержит узел воспроизведения гиперболического котангенса, узел воспроизведения гиперболического тангенса, первый, второй, третий и четвертый сумматоры, первый и второй инверторы, причем входы узлов воспроизведения гиперболического тангенса. и гиперболического котангенса соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров, первый и второй выходы узла воспроизведения гиперболического котангенса соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора и входу первого инвертора, выход которого является первым выходом блока моделирования незамещенного отрезка линии электропередачи, выход узла воспроизведения гиперболического тангенса соединен с третьим входом третьего сумматора и вторым входом четвертого сумматора, выход которого является вторым выходом блока моделирования незамещенного отрезка линии электропередачи, выход второго инвертора соединен с вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен с первым входом первого сумматора и является первым входом блока моделирования неэамещенного отрезка линии электропередачи, второй вход первого сумматора соединен с входом второго инвертора и является вторым входом блока моделирования незамещенного отрезка линии электропередачи, первый вход )-го блока моделирования незамещенного отрезка линии электропередачи соединен с вторым выходом)-го Т-образного звена с нагрузкой, кроме и-го, (где )=1и), второй вход )-го блока моделирования незамещенного отрезка линии электропередачи соединен с первым выходом О+1-го Т-образного звена с нагрузкой, кроме первого, первый выход -го блока моделирования незамещенного отрезка линии электропередачи соединен с вторым входом )-го Т-образного звена с нагрузкой, кроме п-го, второй выход -го блока моделирования незамещенного отрезка линии электропередачи соединен с первым входом 8+1)-го Т-образного звена с нагрузкой, кроме первого, вход блока моделирова ния напряжения потребителя соединен свторым выходом и-го Т-образного звена с нагрузкой.1674179 Составитель Н.КоролевА.Лежнина Техред М.Моргентал Корректор, М.Демчик Реда зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,каэ 2925 Тираж 366 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5