Устройство для моделирования энергосистем

,. ;-СОК Э,. Ллр.с Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. 8 06 6 7/63 с присоединением заявки йо Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМ2ограниченная область его примененияиз-за того, что в нем не учитывается,действие регуляторов скорости турбогенераторов и аварийная разгрузкатурбин, отсутствуют устройства, моделирующие управляемые реакторы, атакже устройства, позволяющие наблюдать за изменением суммарных перетоков мощности по нескольким межсистемным связям, и устройство управленияпроцессом исследования,Цель изобретения - повыаение эффективности работы устройства.Цель достигается тем, что в устройство для моделирования энергосистем, содержащее блок моделирования сети, первый выход которого подключен к сумматору потоков мощности,второй выход соединен с первым входом блока моделирования потребителей электроэнергии, выход которогоподключен к первому входу блока моделирования сети,при этом вторые входы блока моделирования сети и блокамоделирования потребителей электроэнергии соединены с первым и вторымвыходами блока програялного управления,введены блок регулирования мощности,йазовращатель,синхронизатор,сум"матор моментов, блок регулирования часИзобретение относится к вычисли тельной технике.Известны физические модели элек- . трической системы, в которых синхронные машины электростанций моде лируются также синхронными машинами, но ментик размеров, а потребители энергиимоделируются асинхронными двигателями и активными и реактивными сопротивлениями 1) 10Недостатками таких моделей являются большая стоимость и громоздкостьНаиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования энергосистем 15 содержащее блок моделирования сети первый выход которого подключен к сумматору потоков мощности, второй выход соединен с первым входом блока моделирования потребителей электро- О энергии, выход которого подключен к первому входу блока моделирования сети, при этом вторые входы блока моделирования сети и блока моделирования потребителей электроэнергии соедиС 5 иены с первым и вторым выходами блока программного управления, схемы сравнения и исполнительные органы 121,Недостатками устройства являются недостаточная эффективность работы и Ордена Октябрьской Революции всесоюзный государственныйпроектно-изыскательский и научно-исследовательский институт10 тоти при аварийной разгрузке турбин, блок моделирования управляемого реактора и блоки регистрации. Причем входы первого из блоков регистрации подключены к третьему выходу блока моделирования сети и к выходу сумматора потоков мощности соответственно, четвертый выход блока моделирования сети подключен к первому входу блока регулирования мощности, выходы которого соединены с первым и вторым входами сумматора моментов, первый и второй выходы сумматора моментов подключены к первому и второму входам блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин и к входам синхронизатора, выход которого соединен с входом фазовращателя, выходом подключенного к второму входу блока регулирования мощности и к первому вхо. ду второго блока регистрации, второй вход которого соединен с третьим выходом блока программного управления., четвертый и пятый выходы последнего подключены к третьему и четвертому входам блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, первый выход которого соединен с третьим входом сумматора моментов, третий выход которого подключен к пятому входу блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, при этом выход блока регулирования мощности подключен к третьему входу блока моделирования сети.Блок регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин содержит трансформатор, усилители, потенциометры, реле, группы ограничительных резисторов, выпрямители и асинхронный двигатель, статорная обмотка которого подключена к выходу первого усилителя, причем первый вход первого усилителя соединен с подвижным контактом первого потенциометра, выводы которого соединены с выходом втОрого усилителя и являются первым и вторым выходами блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, первичная обмотка трансформатора подключена к выводам источника питания, первая вторичная обмотха трансформатора является пятым входом. блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, второй выход которого соединен со средним выводом первой вторичной обмотки, вход второго усилителя подключен х подвижному контакту второго потенциометра, выводы которого соединены с второй вторичной обмоткой трансформатора, роторная обмотка асинхронного двигателя соединена с третьей вторичной обмоткой трансформатора, четвертая вторичная обмотка ко торого подключена к выводам последовательно соединенных третьего и четвертого потенциометров, общий 15.20 25 30 35 40 45 50 55 60 вывод которых подключен к выходу второго усилителя и через первый раэ. мыкающий контакт первого реле к первому входу блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин.При этом подвижный контакт третьегопотенциометра через размыкающий контакт второго реле соединен с замыкающим контактом первого реле, подвижный контакт четвертого потенциометра подключен к первому замыкающемуконтакту второго реле, выводы пятойвторичной обмотки трансформатора подключены к анодам выпрямительиых диодов, катоды которых объединены и через реостат соединены с первым выводом обмотки торможения, второй вывод которой через согласующий резистор подключен к среднему выводу пятОй вторичной обмотки трансформатора, соединенному через второй раз мыкающий контакт первого реле .с втоРым выводом обмотки торможения, пер" вый вывод которой через последовательно соединенный второй реостат и второй эамыкакщий контакт второго реле подключен к среднему выводу пятой вторичной обмотки трансформатора, второй вход первого усилителя является вторым входом блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, третий и четвертый входы которого подключены к обмоткам первого и второго реле.Блок моделированияуправляемого реактора содержит три индуктивных сопротивления, соединенных в звезду, первая вершина которой через задающий конденсатор подключена к выходу первого автотрансформатора, соединенного последовательно с вТорым автотрансформатором, выходом соединенным с второй вершиной звезды, третья вершина которой через тиристоры, включенные встречно-параллельно, подключена к выходу первого автотрансформатора, вход которого через регулятор напряжения соединен с управляющими электродами тиристоров, причем вход первого автотрансформатора является входом блока моделирования управляемого реактора.На Фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на Фиг, 2 представлен блок программного управления; на Фиг, 3 - блок моделирования управляемого реактора; на фиг. 4 изображена блок-схема сумматора потоков мощности.Устройство для моделирования энер. госистем содержит блок 1 моделирования сети, блок 2 моделирования потребителей электроэнергии, блок 3 модел рования синхронных машин электростан ций, который содержит последовательно соединенные синхронизатор 4, Фазовращатель 5, блок регулирования мощности б и сумматор моментов 7, создаваемых турбиной и генератором.Количество блоков моделирования потребителей энергии и блоков моделирования синхронных машин определяется количеством электростанций и подстанций, "питающих нагрузки исследуемой электрической системы.Блок моделирования синхронных машин электростанций связан с блоком 8 регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, который содержит трансформатор, 9 и асинхронный двигатель 10. Статорная обмотка 11 асинхронного двигателя подключена к усилителю 12, вход которого соединен с подвижным контактом потенциометра 13, входом псдключенного к выходу усилителя 14 и через вторичную обмотку 15 трансформатора к сумматору моментов 7. Вход усилителя 14 подключен к подвижному контакту потенциометра 16,вход которого соединен с вторичной обмоткой 17 трансформатора. Обмотка 18 асинхронного двигателя 10 соединена с вторичной обмоткой 19 трансформатора. Вторичная обмотка 20 трансформатора подключена к последовательно соединенным потенциометрам 21 и 22, Вторичная обмотка 23 через выпрямительные диоды 24 и реостат 25 подключена к обмотке торможения 26 асинхронного двигателя 10. Последовательно с обмоткой торможения включен согласующий резистор 27. Блок 8 содержит также реле 28 и 29 с контактами и реостат 30.К блоку 1 моделирования электрической сети подключен блок 31 моделирования управляемого реактора. Число таких блоков определяется количеством дальних электропередач в исследуемой системе. Кроме того, к блоку моделирования электрической сети подключены блок регистрации 32 и сумматор потоков мощности 33, соединенный с блоком регистрации. К Фазовращателю 5 подключен блок регистрации 34, который регистрирует фазы ЭДС синхронных машин.Управление блоками, входящими в устройство, осуществляется блоком программного управления 35, который выходами подключен к обмоткам реле 28 и 29 блока 8 регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, к блоку регистрации 34, к блоку 3 моделирования синхронных электростанций, к блоку 1 моделирования электрической сети и к блоку 2 моделирования потребителей электроэнергии.Блок программного управления выполнен в виде ряда групп дисков 36 (фиг.2) насаженных с возможностью вращения на две независимые оси 37, каждая из которых связана механичеоки с двигателем 38, причем каждый диск снабжен шкалой 39 и шпилькой 40 с возможностью замыкания с ее помощью установленной ва рейке 41контактной группы 42, включенной вцепи исполнительных элементов бло"ков моделирования. Одна из осей состоит из двух частей, снязанных между собой редуктором 43, Скорость вращения осей может быть изменена с помощью редуктора 44.Блок 31 моделирования управляемого реактора (Фиг.З) состоит из индуктивных сопротивлений 45, воспроизводящих схему замещения трехобмоточного трансФорматора с большими индуктивными сопротивлениями обмоток,к одной из вторичных обмоток которого подключен конденсатор 46, а к другой под 15 ключены встречно-параллельно два тиристора 47, управляемых регуляторомнапряжения 48. К третьей обмотке иточке соединения конденсатора 46 итиристоров 47 подключены два после 20 довательно соединенных автотрансформатора 49 и 50. К входу автотрансформатора 49 подключен регулятор напряжения 48 и блок 1 моделирования электрической сети.Сумматор потоков мощности 33 состоит из преобразователей мощностив напряжение постоянного тока 51(Фиг. 4), входы которыхподключены кблоку 1 моделирования электрическойсети, а выходы соединены последовательно и включены на вольтметр постоянного тока 52 и на вход блока регистрации 32.Устройство для моделирования энергосистем работает следующим образом.После набора схемы исследуемойсистемы и установки коэФФициентов наблоках, моделирующих синхронные машины, потребителей энергии , блокеуправления 35, блоках регулирования 40 частоты при аварийной разгрузке турбин, а также блоках 31 моделированияуправляемых реакторов включают питание устройства, блок 3 и блок 2 моделирования потребителей электроэнергииотрабатывают заданный им режим. Приэтом процесс установки режима н блоках, моделирующих синхронные машиныэлектростанций, осуществляется следующим образом.Если активная мощность на выходеблока моделирования синхронной ма"шины меньше заданной, то сумматормоментов 7, создаваемых турбиной игенератором, выдает сигналы на входсинхронизатора 4, которыя увеличи вает фазу выходного напряжения фазовращателя 5 и, следовательно мощность, выданаемую блоком мОделирования синхронных машин, до тех пор,пока сигналы,.подаваемые на входы бо сумматора моментов, не сравняются.Так как блок 3 работает параллельнос другими такими же блоками, то увеличение мощности одним из них вызывает уменьшение мощности, выдаваемой другими и возникает вращениефаэовращателЕй 5 других блоков,моделирующих синхронные машины, воспроизводя общее увеличение частоты.Чтобы этого не происходило, в блоке8 регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин предусмотренаобратная связь, вводимая с потенциометра 13 в цепь входа усилителя 12,которая, действуя через усилитель12, двигатель 10, потенциометр 16и усилитель 14, уменьшает сигнал,поступающий на вход сумматора моментов, и баланс моментов устанавливается при мощности, выдаваемой блоком моделирования синхронной машиныэлектростанций, меньшей, чем при отсутствии указанной обратной связи, Врезультате система оказывается самобалансирующейся,Изменяя уставки на потенциометрах 13 можно изменять распределениенагрузки по блокам моделированиясинхронных машин,.отражая зависимость мощности от частоты, т.е.Р (и ), где д - угловая скоростьвращения фазовращателя 5Аварийная разгрузка турбины и еепоследующая нагрузка осуществляетсяреле 28 и 29, который вводят в цепьвхода усилителя 12 напряжения с потенциометров 21 и 22. Питание этихреле подается через контактные нары,замыкаемые дисками блока управления35 в той последовательности и с темвременем срабатывания, которые предварительноустанавливаются на дискахблока. Величины :аварийной разгрузки и последующей нагрузки устанавливаются на потенциометрах 21 и 22 со" ответственно, а скорость набора мощ"ности устанавливается с помощью группы резисторов 30.Блок 31 моделирования управляемыхреакторов, устанавливаемых на дальних электропередачах для ограничения перенапряжений на линиях и повышения их пропускной способности, работает следующим образом. При повышении напряжения на моделируемой линии регулятор напряжения 48(фиг,3) подает сигнал на открывание тиристоров 47. При этом ток, идущий через тиристоры, создает в индуктивных сопротивлениях 45 потери реактивной мощности, а напряжение в среднейточке звезды и ток, идущий через конденсатор 46, уменьшается, В результате весь блок потребляетиз сети рективную мощность, и напряжение в месте включения блока понижается до величины, заданной регулятором напряжения 48. Если в месте включенияблока напряжение начинает понижаться, то регулятор напряжения выдает сигналы на закрытие тиристоров, напряжение в средней точке звезды и на конденсаторе 46 начинает повышаться и блок выдает реактивную мощность и повышает напряжение, Для изменения Номинальной мощности блока моделирования управляемого реактора используются два последовательно сое"диненных автотрансформатора 49 и 50иэ которых второй служит для грубого, а первый - для точного изменения мощности.Сумматор потоков мощности 33 межсистемных линий электропередач используется для определения мощностипредельных по условиям статическойустойчивости, на линиях, соединяющих две энергосистемы или две части одной и той же системы. Такихлиний может быть несколько и блок,содержащий несколько преобразова телей активной мощности 51 в напря"жение постоянного тока, входами подключается к блоку 1 моделированиясети, при этом выходы преобразова,телей 51, включенные последователь но, подключены к вольтметру постоянного тока 52 и к блоку регистрации32.Взаимодействие всех блоков устройства можно пояснить на примерерасчета динамической устойчивостисистемы при коротких замыканиях,После того, как установится заданный режим работы исследуемойсистемы, на одном иэ дисков 36 блока управления 35 устанавливают время включенного состояния сопротивления короткого замжания или время, через которое поврежденная линия должна быть отключена, на другомдиске устанавливают, например, времяповторного включения поврежденной линии или время включения какого-либомероприятия, повышающего динамическуюустойчивость, например электрическоеторможение или отключение части син хронных машин электростанции,устойчивость которой необходимо сохранить,на третьеи диске устанавливается либо время повторного отключения поврежденной линии, либо время отключения 45 электрического тор ожения Другиедиски могут использоваться для другихцелей: для каскадного отключения поврежденной линии, аварийной разгрузкитурбины, отключения нагрузки и т.п.После установки нужных параметров включается питание синхронныхдвигателей 38 (фиг. 2) блока управления и питание блока регистрации34 (фиг. 1), При этом диски блока управления начинают вращаться, эамы кая контактные группы 42, подающиепитание на исполнительные реле в тойпоследовательности, которая установлена на дисках; блока управления. Последний диск замыкает цепь реле, которое снимает питание с блока управления и с блока регистрации 34 синхронных машин.Технико-экономическая эффективность от применения устройства длямоделирования энергосистем определя 763923ется как ее производительностью,превосходящей возможности современных ЦВМ при использовании существующих программ расчетов устойчивости,так и более полным моделированиемсложной энергосистемы, которая достигается с помощью дополнительныхблоков,Формула изобретения1. Устройство для моделированияэнергосистем, содержащее блок моделирования сети, первый выход которого подключен к сумматору потоковмощности, второй выход соединен спервым входом блока моделированияпотребителей электроэнергии, выходкоторого подключен к первому входублока моделирования сети, при этомвторые входы блока моделирования сети и блока моделирования потребителей электроэнергии соединены соответственно с первым и вторым выходами блока программного управления,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повьпаения эффективности работы, оно содержит блок регулирования мощности, фазовращатель, синхронизатор, сумматор моментов, блокрегулирования частоты при аварийнойразгрузке турбин, блок моделирования управляемого реактора и блокирегистрации, входы первого из которых подключены к третьему выходу блока моделирования сети и к выходу сумматора. потоков мощности соответственно, причем четвертый выход блока моделирования сети подключен к первому входу блока регулирования мощности, выходы которого соединеныс первым и вторым входами сумматора моментов, первый и второй выходы которого подключены к первому и второмувходам блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин и квходам синхронизатора, выход которого соединен с входом Фаэовращателя выход которого подключен к второму входу блока регулирования мощности и к первому входу второго блока регистрации, второй вход которого соединен с .третьим выходом блока программного управления, четвертый и пятый выходы которого подключены к третьему и чет. вертому входам блока регулирования частоты при аварийной разгрузке тур-ф бин, первый выход которого соединен с третьим входом сумматора моментов третий выход которого подключен к пятому входу блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, при этом выход блока регулирования мощности подключен к третьему входу блока моделирования сети.2, Устройство по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок регу лирования частоты при аварийной раз-,грузке турбин содержит трансформатор,усилители, потенциометры, реле, группы ограничительных резисторов, выпрямители и асинхронный двигатель,статорная обмотка которого подключена к выходу первого усилителя, первый вход которого соединен с подвижным контактом первого потенциометра,выводы которого соединены с выходомвторого усилителя и являются первыми вторым выходами блока регулирования частоты при аварийной разгрузкетурбин, при этом первичная обмоткатрансформатора подключена к выводамисточника питания, первая вторичная 15 обмотка трансформатора является пя"тым входом блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин,второй выход которого соединен сосредним выводом первой вторичной обмоткивход второго усилителя подключен к подвижному контакту второго потенциометра, выводы которогосоединены с второй вторичной обмоткой трансформатора, роторная обмоткаасинхронного двигателя соединена стретьей вторичной обмоткой трансформатора, четвертая вторичная обмоткакоторого подключена к выводам последовательно соединенных третьего ичетвертого потенциометров, общий вывод которых подключен к выходу второго усилителя и через первый размыкающий контакт первого реле к первому входу блока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин,подвижный контакт третьего потенциометра через размыкающий контакт второго реле соединен с замыкакщим контактом первого реле, подвижный контактчетвертого потенциометра подключен 40 к первому замыкающему контакту вто"рого реле, выводы пятой вторичнойобмотки трансформатора подключены канодам выпрямительных диодов, катодыкоторых объединены и через реостат 45 соединены с пеРвым выводом обмоткиторможения, второй вывод которойчерез согласующий резистор подключенк среднему выводу пятой вторичнойобмотки трансформатора соединенномучерез второй раэмыкакщий контактпервого реле с вторым выводом обмоткиторможения, первый вывод которой через последовательно соединенный второй реостат и второй замыкающий контакт второго реле подключен к сред нему выводу пятой вторичной обмоткитрансформатора, второй вход первогоусилителя является вторым входомблока регулирования частоты при аварийной разгрузке турбин, третий ичетвертый входы которого подключенык обмоткам первого и второго реле.3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, блок моделирования управляемого реакторасодержит три индуктивных сопротивления, соединенных в звезду, перваявершина которой через задающий конденсатор подключена к выходу первого автотрансформатора, соединенного последовательно с вторым автотрансформатором, выход которого соединен с второй вершиной звезды,третья вершина которой через тиристоры, включенные встречно-параллельно, подключена к выходу первого автотрансформатора, вход которого через регулятор напряжения соединен с управляюшими электродами тиристороввход первого автотрансформатора является входом блока моделированияуправляемого реактора.Источники информации,5 принятые во внимание при экспертизе1. Веников В. А. Теория подобияи моделирования. "Высшая школа, 1978,с, 342.2. Авторское свидетельство СССРМ 291214, кл. С 06 Я 7/63, 1969763923 Яи бинина РедактЭакаэ екто В. ини 1 ка но икова ное В а фнл П тент", г. ужгород, ул. Проектная,Составитель И.Техред С.МигуТираж ИНИ Государственног по делам изобретени 035 Москва ЖПодп митета СССР открытий ушская наб. д