RU161387U1

RU161387U1 - VOLTAGE REGULATING DEVICE IN THE CONTROLLED AREA OF THE DISTRIBUTION NETWORK

Info

Publication number: RU161387U1
Application number: RU2015103357/07U
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Третьяков; Василий Титович Черемисин
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-04-20

Abstract

Устройство регулирования напряжения в контролируемой зоне распределительной сети, содержащее блок измерений, блок оценки состояния сети, блок базы знаний и памяти, блок реализации управляющих воздействий, отличающееся тем, что оно дополнено блоком координации и выработки управляющих воздействий и блоком прогнозирования, при этом выходы блока базы знаний и памяти соединены с входом блока оценки состояния сети и входом блока прогнозирования, выходы блока измерений соединены с входом блока оценки состояния сети, входом блока координации и выработки управляющих воздействий и входом блока прогнозирования, входы блока координации и выработки управляющих воздействий соединены с выходом блока оценки состояния сети и выходом блока прогнозирования, а выход - с входом блока реализации управляющих воздействий, выходы блока реализации управляющих воздействий соединены с регулятором РПН и исполнительными устройствами местных средств регулирования напряжения распределительной сети: управляемых компенсирующих устройств, накопителей энергии, многофункциональных оптимизирующих устройств (при наличии), вольтодобавочных трансформаторов.A voltage control device in the controlled area of the distribution network, comprising a measurement unit, a network condition assessment unit, a knowledge base and a memory unit, a control actions implementation unit, characterized in that it is supplemented by a coordination and control actions generation unit and a forecasting unit, while the outputs of the base unit knowledge and memory are connected to the input of the network status assessment unit and the input of the prediction unit, the outputs of the measurement unit are connected to the input of the network status assessment unit, the input of the coordination unit and generating control actions and the input of the forecasting unit, the inputs of the coordination unit and generating control actions are connected to the output of the network condition assessment unit and the output of the forecasting unit, and the output to the input of the control actions unit, the outputs of the control actions unit are connected to the on-load tap-changer and actuators I optimize local means of regulating the voltage of the distribution network: I optimize controlled compensating devices, energy storage devices, multifunction their devices (if any), the booster transformers.

Description

Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно к устройствам регулирования напряжения в контролируемой зоне распределительных сетей переменного тока.The utility model relates to the electric power industry, and in particular to voltage control devices in the controlled area of AC distribution networks.

В распределительных сетях переменного тока 35/10 (6)/0,4 кВ, получающих питание от трансформаторных или, например, тяговых подстанций ОАО «РЖД» 220 (110 кВ) с трансформаторами, оборудованные системой РПН, существует задача поддержания напряжений в требуемых нормируемых пределах в конкретных точках электрической сети в процессе эксплуатации. При этом автоматический регулятор РПН понижающих трансформаторов центра питания, реализующий, как правило, встречное регулирование напряжения, не в полной мере обеспечивает регулирование напряжения согласно предъявляемым требованиям.In distribution networks of alternating current 35/10 (6) / 0.4 kV, powered by transformer or, for example, traction substations of Russian Railways 220 (110 kV) with transformers equipped with an on-load tap-changer system, there is the task of maintaining voltages in the required normalized limits at specific points of the electrical network during operation. Moreover, the automatic tap changer of the step-down transformers of the power center, which implements, as a rule, counter voltage regulation, does not fully provide voltage regulation according to the requirements.

Это ситуация возможна, например, когда возникает период несовместного регулирования разных групп потребителей, т.е. когда регулирование напряжения в центре питания не позволит обеспечить допускаемые отклонения напряжений во всех точках отпуска электроэнергии потребителям во всем диапазоне изменения нагрузок.This situation is possible, for example, when a period of incompatible regulation of different consumer groups occurs, i.e. when voltage regulation in the power center does not allow ensuring tolerable voltage deviations at all points of electricity supply to consumers in the entire range of load changes.

Как известно (Электрические системы, т. 2. Электрические сети. Под ред. В.А. Веникова. Учебное пособие для электроэнерг. вузов. М.: Высшая школа, 1971. 440 с), если потребители с неоднородной нагрузкой рассредоточены вдоль различных линий распределительной сети, то на центре питания нельзя или затруднительно разделить эти линии на группы электроприемников, для которых графики изменения нагрузок во времени являются практически однотипными. В этих случаях на шинах центра питания следует применять централизованное регулирование напряжения в соответствии с условиями, требуемыми для той группы однородных потребителей, которые имеют наибольшую долю в общей нагрузке линий, присоединенных к данному центру питания. Для обеспечения должного качества напряжения у остальных потребителей, получающих питание от этого центра питания, должны использоваться средства местного регулирования напряжения.As is known (Electrical systems, v. 2. Electric networks. Edited by V.A. Venikov. Textbook for electric power universities. Moscow: Vysshaya Shkola, 1971. 440 s) if consumers with heterogeneous loads are dispersed along different lines distribution network, then at the power center it is impossible or difficult to divide these lines into groups of power receivers, for which the graphs of the changes in loads over time are almost the same. In these cases, centralized voltage regulation should be applied on the tires of the power center in accordance with the conditions required for that group of homogeneous consumers that have the largest share in the total load of the lines connected to this power center. To ensure proper voltage quality for other consumers receiving power from this power center, local voltage regulation tools should be used.

Известен адаптивный регулятор напряжения (патент RU №2055440), содержащий привод устройства регулирования напряжения под нагрузкой с блоком формирования сигнала управления, трансформатор напряжения с измерительным преобразователем напряжения, микропроцессорное устройство, выключающее блок контроля и управления напряжения, блоки расчета числа переключений устройства регулирования напряжения под нагрузкой и дисперсии напряжения, блоки увеличения и уменьшения выдержки времени, блоки изменения зоны и изменения знака приращения зоны нечувствительности регулирования напряжения, блоки сравнения с выходами «Да» и «Нет» числа переключений устройства регулирования напряжения под нагрузкой за сутки с заданным значением и зоны нечувствительности с заданными значениями, блоки определения текущего положения переключателя устройства регулирования напряжения под нагрузкой, блок расчета эффективности регулирования и блок сравнения с выходами «Да» и «Нет» эффективности регулирования с заданным значением.Known adaptive voltage regulator (patent RU No. 2055440), comprising a drive for a voltage control device under load with a control signal generating unit, a voltage transformer with a voltage measuring transducer, a microprocessor device that turns off the voltage control and control unit, blocks for calculating the number of switching operations of a voltage control device under load and voltage variances, blocks for increasing and decreasing the time delay, blocks for changing the zone and changing the sign of the zone increment of voltage regulation, comparison units with outputs “Yes” and “No” of the number of switching operations of the voltage control device under load per day with a given value and dead zones with set values, blocks for determining the current position of the switch of the voltage control device under load, the unit for calculating the regulation efficiency and block comparison with the outputs "Yes" and "No" of the regulation efficiency with a given value.

Недостатком известного адаптивного регулятора напряжения является то, что поиск оптимальных параметров регулирования осуществляется направленным перебором различных сочетаний выдержек времени и зоны нечувствительности, сопровождающийся поиском оптимальных параметров регулирования напряжения в центре питания, не обеспечивая требуемые уровни напряжений в конкретном узле распределительной сети, т.е. усредняя данные и обеспечивая нормативные значения напряжений по наибольшей группе потребителей.A disadvantage of the known adaptive voltage regulator is that the search for optimal control parameters is carried out by directional enumeration of various combinations of time delays and dead zone, accompanied by the search for optimal voltage control parameters in the power center, not providing the required voltage levels in a particular node of the distribution network, i.e. averaging data and providing normative stress values for the largest group of consumers.

Известно устройство динамического управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy - логики (патент RU 2416855), принятое в качестве прототипа по общим существенным признакам, которое содержит силовой трансформатор со ступенчатым регулированием напряжения, оснащенный системой автоматического управления коэффициентом трансформации силового трансформатора, включающий в себя быстродействующий автоматический регулятор (БАР) и систему управления, позволяющую производить операции с нечеткой логикой и управлять работой БАР. Устройство позволяет снизить суммарные потери электрической энергии в распределительных сетях, а также обеспечить оптимальный режим напряжения на всей совокупности электрооборудования, подключенного к силовому трансформатору. Разработанная структура, алгоритмическое обеспечение и аппаратная реализация микропроцессорного устройства БАР РПН с применением контроллера, способного реализовать математический аппарат нечеткой логики (fuzzy-логики), осуществляет автоматический выбор определяющей линии в реальном режиме времени, с учетом категорийности энергообъекта по ущербу от отклонения напряжения, разнородности и разновременности нагрузки, ее распределение вдоль питающей линии и позволяет реализовать рациональный закон управления режимом напряжения.A device is known for dynamically controlling the voltage mode in an electric network using fuzzy logic (patent RU 2416855), adopted as a prototype according to common essential features, which contains a power transformer with step voltage regulation, equipped with an automatic control system for the transformation ratio of the power transformer, including high-speed automatic controller (BAR) and a control system that allows operations with fuzzy logic and control the operation of the BA R. The device allows to reduce the total loss of electrical energy in distribution networks, as well as to ensure the optimal voltage mode on the entire set of electrical equipment connected to a power transformer. The developed structure, algorithmic support and hardware implementation of the on-load tap-changer BAR microprocessor device with the use of a controller capable of implementing the mathematical apparatus of fuzzy logic (fuzzy logic) automatically selects the determining line in real time, taking into account the categorization of the power facility for damage from voltage deviations, heterogeneity and at different times of the load, its distribution along the supply line and allows you to implement a rational law of control of the voltage mode.

Недостатком известного устройства динамического управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy - логики является то, что управление напряжением осуществляется в центре питания по так называемой определяющей линии, т.е. в среднем по наибольшей группе потребителей. Кроме этого, осуществляется усреднение влияющих на напряжение факторов с использованием математического аппарата нечеткой логики для целей управления. В результате напряжение в конкретной точке распределительной сети может не соответствовать предъявляемым требования.A disadvantage of the known device for dynamically controlling the voltage mode in the electric network using fuzzy logic is that the voltage is controlled in the power center via the so-called determining line, i.e. on average for the largest consumer group. In addition, the factors affecting the voltage are averaged using the mathematical apparatus of fuzzy logic for control purposes. As a result, the voltage at a particular point in the distribution network may not meet the requirements.

Известное устройство динамического управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy-логики, содержащее блок измерений, блок оценки состояния сети, блок логики реализации технологических функций управления, блок реализации управляющих воздействий, не использует местные средства регулирования напряжения, например, компенсирующие устройства, а также алгоритмы прогнозирования нагрузки на основе измерений для повышения точности регулирования напряжений.The known device for dynamic control of the voltage mode in the electric network using fuzzy logic, comprising a measurement unit, a unit for evaluating the state of the network, a logic unit for implementing technological control functions, a unit for implementing control actions, does not use local voltage control means, for example, compensating devices, and Measurement-based load forecasting algorithms to improve voltage regulation accuracy.

Предлагаемое устройство позволяет устранить указанные выше недостатки.The proposed device eliminates the above disadvantages.

Целью полезной модели является повышение качества регулирования напряжений на шинах трансформаторных подстанций в контролируемой зоне распределительной сети, не оборудованных РПН, в пределах заданных значений за счет скоординированного совместного применения средств местного и централизованного регулирования напряжения (в центре питания средствами РПН), а также ограничения спроса на электрическую мощность ряда потребителей.The purpose of the utility model is to improve the quality of voltage regulation on the buses of transformer substations in the controlled area of the distribution network, not equipped with on-load tap-changers, within the specified values due to the coordinated joint use of local and centralized voltage regulation means (in the power center using on-load tap-changers), as well as limiting the demand for electric power of a number of consumers.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство регулирования напряжения в контролируемой зоне распределительной сети, содержащее блок измерений, блок оценки состояния сети, блок базы знаний и памяти, блок реализации управляющих воздействий, дополнено блоком координации и выработки управляющих воздействий и блоком прогнозирования, при этом выходы блока базы знаний и памяти соединены с входом блока оценки состояния сети и входом блока прогнозирования, выходы блока измерений соединены с входом блока оценки состояния сети, входом блока координации и выработки управляющих воздействий и входом блока прогнозирования, входы блока координации и выработки управляющих воздействий соединены с выходом блока оценки состояния сети и выходом блока прогнозирования, а выход - с входом блока реализации управляющих воздействий, выходы блока реализации управляющих воздействий соединены с регулятором РПН и исполнительными устройствами местных средств регулирования напряжения распределительной сети: управляемых компенсирующих устройств, накопителей энергии, многофункциональных оптимизирующих устройств (при наличии), вольтодобавочных трансформаторов.This goal is achieved by the fact that the known voltage control device in the monitored area of the distribution network, comprising a measurement unit, a network condition assessment unit, a knowledge base and a memory unit, a control actions implementation unit, is supplemented by a control actions coordination and generation unit and a forecasting unit, while outputs the knowledge base unit and the memory are connected to the input of the network status assessment unit and the input of the prediction unit, the outputs of the measurement unit are connected to the input of the network status assessment unit, the input ohms of the coordination unit and generating control actions and the input of the forecasting unit, the inputs of the coordination unit and generating control actions are connected to the output of the network condition assessment unit and the output of the forecasting unit, and the output to the input of the control actions unit, the outputs of the control actions unit are connected to the on-load tap-changer and actuators of local distribution voltage regulating means: controlled compensating devices, energy storage, multifunctional total optimizing devices (if any), boost boost transformers.

На фиг. 1 показана структура устройства с участком распределительной сети, на фиг. 2 - алгоритм регулирования напряжений.In FIG. 1 shows the structure of a device with a distribution network section, FIG. 2 - voltage regulation algorithm.

Список обозначений: 1 - понижающий силовой трансформатор в центре питания с РПН; 2, 3, 4, 5 - трансформаторные подстанции в контролируемой зоне распределительной сети; 6 - управляемые компенсирующие устройства; 7 - накопитель энергии; 8 - многофункциональное оптимизирующее устройство; 9 - автоматическая система регулирования напряжением под нагрузкой трансформатора; 10 - вход контроллера; 11 - выход контроллера; 12 - контроллер; 13 - трансформатор тока; 14 - трансформатор напряжения; 15 - сборные шины, на которых не обеспечен уровень напряжения существующими средствами согласно требованиям нормативных документов; 16 - блок измерений (блок WAMS - система векторных синхронных измерений); 17 - блок оценки состояния сети; 18 - блок базы знаний и памяти; 19 - блок координации и выработки управляющих воздействий; 20 - блок прогнозирования; 21 - блок реализации управляющих воздействий.List of designations: 1 - step-down power transformer in the power center with on-load tap-changer; 2, 3, 4, 5 - transformer substations in the controlled area of the distribution network; 6 - controlled compensating devices; 7 - energy storage; 8 - multifunctional optimizing device; 9 - automatic voltage regulation system under the load of the transformer; 10 - controller input; 11 - controller output; 12 - controller; 13 - current transformer; 14 - voltage transformer; 15 - busbars on which the voltage level is not provided with existing means in accordance with the requirements of regulatory documents; 16 - measurement block (WAMS block - synchronous vector measurement system); 17 is a block for assessing the status of the network; 18 - block knowledge base and memory; 19 - block coordination and development of control actions; 20 is a prediction block; 21 is a block for the implementation of control actions.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Массив данных измерения токов, напряжений, мощностей, фазовых углов и прочее на всех присоединениях и линиях центра питания и трансформаторных подстанции контролируемого участка распределительной сети непрерывно передается с возможностью синхронизации по времени в блок измерений 16 через вход контроллера 12 и далее в цифровой форме в блок оценки состояния сети 17, в котором осуществляется сравнение измеренных значений напряжений с установленными нормами. Если напряжения во всех узлах удовлетворяют заложенным требованиям, то ничего не происходит, иначе начинается координационный этап. Предполагается, что контролируемый участок распределительной сети может быть разделен на зоны по качеству электроэнергии, которое возможно обеспечить в эксплуатации при использовании всех доступных способов регулирования напряжения.The data array for measuring currents, voltages, capacities, phase angles, etc. at all connections and lines of the power center and transformer substations of the controlled section of the distribution network is continuously transmitted with the possibility of synchronization in time to the measurement unit 16 through the input of the controller 12 and then digitally to the evaluation unit network status 17, in which the comparison of the measured voltage values with the established standards. If the stresses in all nodes satisfy the requirements, then nothing happens, otherwise the coordination stage begins. It is assumed that the controlled section of the distribution network can be divided into zones according to the quality of electricity, which can be provided in operation using all available methods of voltage regulation.

На фиг. 1 такой зоной, в качестве примера, выступает система сборных шин 15 с понижающим трансформатором на ТП 2. Такие «слабые» места предварительно определяются по результатам, например, утяжеления режима на модели, сенсорного анализа и другими методами. В данном случае представляется экономически целесообразным предоставить потребителям данной зоны скидку к тарифу на электроэнергию (при соответствующих возможностях нагрузки), чем устанавливать дорогостоящее оборудование для местного регулирования напряжения, особенно при недостаточности регулировочных свойств реактивной мощности в узле.In FIG. 1 such a zone, as an example, is a busbar system 15 with a step-down transformer for TP 2. Such "weak" spots are preliminarily determined by the results of, for example, heavier mode on the model, sensory analysis and other methods. In this case, it seems economically feasible to provide consumers of this zone with a discount on the electricity tariff (with appropriate load capacities) than to install expensive equipment for local voltage regulation, especially when the regulatory properties of the reactive power are insufficient in the unit.

Далее на основе заложенных в блок базы знаний и памяти 18 алгоритмов с учетом прогнозных данных блока прогнозирования 20 в блоке координации и выработки управляющих воздействий 19 происходит координация местных средств регулирования напряжения по запасу реактивной и активной мощности (для накопителей и управления спросом нагрузки), их ранжирование по регулирующим эффектам для конкретной точки сети и выработка управляющих воздействий и далее - реализация управления в блоке реализации управляющих воздействий 21 вычислительными средствами контроллера. При этом предлагаемое устройство должно иметь приоритет на управление компенсирующими устройствами перед алгоритмами их локального управления в случае необходимости. Управление спросом нагрузки заключается в ограничении мощности или даже отключении ряда линий в случае превышения лимитов ее пропускной способности и снижения напряжения в точке подключения по согласованию с потребителем (условия договора на подключение).Then, based on the algorithms stored in the knowledge base and memory block 18, taking into account the forecast data of the forecasting unit 20 in the coordination unit and generating control actions 19, the local means of voltage regulation are coordinated by the reactive and active power supply (for drives and load demand control), their ranking on regulatory effects for a particular point in the network and the development of control actions and further - the implementation of control in the block of implementation of control actions by 21 computing means the controller. Moreover, the proposed device should have priority on the control of compensating devices over the algorithms for their local control, if necessary. The demand management of the load consists in limiting the capacity or even shutting down a number of lines in case of exceeding the limits of its capacity and reducing the voltage at the connection point in agreement with the consumer (terms of the connection agreement).

Если местных средств регулирования напряжений (линейных регуляторов напряжения) недостаточно для поддержания напряжений во всех точках контролируемого участка распределительной сети (с учетом зонирования «по качеству»), то реализуется 2-й этап - с помощью РПН. Прогнозирование параметров нагрузки и напряжений с памятью прошлых событий позволяет обеспечить наиболее эффективный алгоритм работы регулятора РПН с точки зрения количества переключений и зоны нечувствительности. Предполагается, что РПН должен выполнять переключения при разнородной нагрузке до 20 раз в сутки. Быстродействие ступенчато- и плавно управляемых компенсирующих устройств определяется их техническими возможностями. При наличии вольтодобавочных трансформаторов и других линейных регуляторов напряжения они могут выступать в качестве местных средств подчиненного регулирования напряжения с помощью РПН.If local means of voltage regulation (linear voltage regulators) are not enough to maintain stresses at all points of the monitored section of the distribution network (taking into account zoning “by quality”), then the 2nd stage is implemented using on-load tap-changer. Prediction of load and voltage parameters with the memory of past events allows us to provide the most efficient on-load tap-changer algorithm in terms of the number of switching operations and the deadband. It is assumed that the on-load tap-changer should perform switching at a heterogeneous load up to 20 times a day. The speed of stepwise and smoothly controlled compensating devices is determined by their technical capabilities. In the presence of booster transformers and other linear voltage regulators, they can act as local means of subordinate voltage regulation using on-load tap-changers.

Использование предлагаемого устройства позволит повысить качество регулирования напряжений на шинах трансформаторных подстанций в контролируемой зоне распределительной сети в пределах заданных значений за счет скоординированного совместного применения средств местного и централизованного регулирования напряжения (в центре питания средствами РПН), а также ограничения спроса на электрическую мощность ряда потребителей. Устройство может быть без затруднений реализовано на современном элементной базе.Using the proposed device will improve the quality of voltage regulation on the tires of transformer substations in the controlled area of the distribution network within the specified values due to the coordinated joint use of local and centralized voltage regulation means (in the power center using on-load tap-changer), as well as limiting the demand for electric power of a number of consumers. The device can be easily implemented on a modern element base.

Claims

A voltage control device in the controlled area of the distribution network, comprising a measurement unit, a network condition assessment unit, a knowledge base and a memory unit, a control actions implementation unit, characterized in that it is supplemented by a coordination and control actions generation unit and a forecasting unit, while the outputs of the base unit knowledge and memory are connected to the input of the network status assessment unit and the input of the prediction unit, the outputs of the measurement unit are connected to the input of the network status assessment unit, the input of the coordination unit and generating control actions and the input of the forecasting unit, the inputs of the coordination unit and generating control actions are connected to the output of the network condition assessment unit and the output of the forecasting unit, and the output to the input of the control actions unit, the outputs of the control actions unit are connected to the on-load tap-changer and actuators I optimize local means of regulating the voltage of the distribution network: I optimize controlled compensating devices, energy storage devices, multifunctional ones their devices (if any), the booster transformers.