MD987Z - Sistem distribuit de alimentare cu energie electrică - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la electrotehnică şi energetică, şi poate fi utilizată în sistemele de alimentare cu energie electrică în baza surselor regenerabile de energie, în sisteme de alimentare cu energie electrică hibride, în link-uri de curent continuu pentru monitorizarea parametrilor regimurilor sarcinilor şi reglarea fluxurilor de energie.Sistemul distribuit de alimentare cu energie electrică conţine un bloc de monitorizare, surse de tensiune, fiecare dintre acestea fiind unită cu toate sarcinile prin conductoare cu conductibilităţi corespunzătoare. Blocul de monitorizare este conectat la sarcini, iar valorile tensiunilor surselor menţionate şi conductibilităţilor conductoarelor sunt selectate astfel încât pentru valoarea tensiunii de referinţă care se determină pentru fiecare dintre sarcini tensiunile şi curenţii celorlalte sarcini să fie egale cu zero.

Description

Invenţia se referă la electrotehnică şi energetică, şi poate fi utilizată în sistemele de alimentare cu energie electrică în baza surselor regenerabile de energie, în sisteme de alimentare cu energie electrică hibride, în link-uri de curent continuu pentru monitorizarea parametrilor regimurilor sarcinilor şi reglarea fluxurilor de energie.

Este cunoscut sistemul distribuit de alimentare cu o bară de putere comună de curent continuu, care conţine surse de tensiune, acumulatoare de energie, sarcini îndepărtate, conectate la bara de putere comună şi un bloc de monitorizare. La rândul său, blocul de monitorizare este conectat la ieşirile informaţionale ale tuturor surselor de tensiune, sarcinilor şi acumulatoarelor de energie [1].

Dezavantajul acestui sistem constă în complexitatea construcţiei în cazul amplasării blocurilor de intrare la distanţe mari. Acest lucru este determinat de prezenţa liniilor de comunicaţii extinse pentru măsurarea parametrilor sarcinilor şi a barei comune de putere extinsă.

Cea mai apropiată soluţie este sistemul distribuit de alimentare cu energie, care conţine surse de tensiune, sarcini îndepărtate, unde fiecare sursă este conectată la toate sarcinile prin fire individuale [2].

Dezavantajul acestui sistem constă în complexitatea construcţiei, cauzată de extinderea liniilor de comunicaţii pentru măsurarea parametrilor sarcinilor.

Problema, pe care o rezolvă invenţia, constă în simplificarea construcţiei sistemului.

Sistemul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un bloc de monitorizare, surse de tensiune, fiecare dintre acestea fiind unită cu toate sarcinile prin conductoare cu conductibilităţi corespunzătoare. Blocul de monitorizare este conectat la sarcini, iar valorile tensiunilor surselor menţionate şi conductibilităţilor conductoarelor sunt selectate astfel încât pentru valoarea tensiunii de referinţă care se determină pentru fiecare dintre sarcini tensiunile şi curenţii celorlalte sarcini să fie egale cu zero.

Esenţa invenţiei constă în faptul că monitorizarea se efectuează fizic numai conform conductibilităţii sarcinilor, iar curenţii de sarcină şi curenţii surselor de tensiune sunt calculaţi, utilizând relaţii simple. Prin urmare, excluderea liniilor de comunicaţii extinse pentru măsurarea parametrilor surselor de tensiune şi utilizarea blocului de monitorizare cu cerinţele tehnice moderate simplifică şi reduce costul de construcţie.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-4, care reprezintă:

- fig. 1, schema funcţională a sistemului;

- fig. 2, schema echivalentă a sistemului;

- fig. 3, schema simplificată a sistemului pentru calculul tensiunii de referinţă a primei sarcini;

- fig. 4, sistemul de coordonate obişnuit al curenţilor de sarcină şi sistemul de coordonate proiectiv cu un plan îndepărtat la infinit .

Sistemul distribuit din fig. 1 conţine surse primare de energie 1, un acumulator de energie 2, care prin stabilizatoarele de tensiune 3 corespunzătoare şi reţeaua de distribuţie 4 cu topologia dată sunt conectate la fiecare dintre sarcinile 5. Blocul de monitorizare 6 este conectat la ieşirile informaţionale ale sarcinilor 5.

Dacă se ţine cont de conductibilitatea finală a conductoarelor, reţeaua de distribuţie 4 se prezintă ca un multipol în schema echivalentă a sistemului (vezi fig. 2). Ca exemplu, în această schemă echivalentă sunt prezentate trei perechi de surse de tensiune şi sarcini.

Sistemul funcţionează după cum urmează.

Tensiunea surselor de energie primară 1 şi a acumulatorului de energie 2 prin stabilizatoarele de tensiune 3 se aplică la intrările reţelei de distribuţie 4 şi la fiecare dintre sarcinile 5 cu valorile curente ale conductibilităţilor. Blocul de monitorizare 6 calculează valoarea curentului fiecărei sarcini 5 conform unui anumit algoritm, utilizând valorile informaţionale ale conductibilităţii acestor sarcini.

Pentru a determina acest algoritm, se vor defini mai întâi relaţiile dintre elementele circuitului. Pentru a face acest lucru, se va efectua analiza schemei echivalente a dispozitivului din fig. 2. Se va considera tensiunea primei sarcini egală cu tensiunea de referinţă cu polaritatea dată în fig. 3.

Pentru sarcinile rămase se presupune că , ; , .

Această condiţie conduce la relaţia:

.

Curenţii de scurtcircuit sunt egali cu: , .

Astfel se obţine raportul valorilor elementelor:

.

Se determină valoarea de referinţă a curentului şi a conductibilităţii primei sarcini:

, .

Fie că tensiunea sarcinii a doua este egală cu tensiunea de referinţă . Se presupune că pentru sarcinile rămase tensiunile sunt egale cu: , ; , . Această condiţie conduce la relaţiile:

, , .

Valoarea de referinţă a curentului şi conductibilităţii celei de-a doua sarcini:

, .

Fie că tensiunea sarcinii a treia este egală cu tensiunea de referinţă . Se presupune că pentru sarcinile rămase tensiunile sunt egale cu: , ; , . Această condiţie conduce la relaţiile:

, .

Valoarea de referinţă a curentului şi conductibilităţii celei de-a treia sarcini:

, .

În practică, valorile tensiunii surselor sunt egale între ele, dar acestea diferă conform capacităţii lor. Fie că sursa cu cea mai mare putere este . Se presupune, de asemenea, că sarcina este cu cea mai mare putere. De aceea, valorile conductibilităţilor sunt alese în mod independent, de exemplu, în baza eficienţei energetice a reţelei de distribuţie (vezi Zhao X., Li K., Zheng M. Analysis of Transmission Loss in Droop Control of a Multi-Terminal HVDC System. Journal of Power and Energy Engeneering, 2014, 2(04), p. 564). Se stabileşte valoarea conductibilităţii următoarei după valoarea puterii surse, fie aceasta . Atunci, se determină valorile celorlalte conductibilităţi în raport cu conductibilităţile menţionate mai sus:

, .

Se obţine un algoritm de calcul al curenţilor de sarcină. Pentru claritate, se examinează interpretarea geometrică a valorilor caracteristice ale conductibilităţilor şi curenţilor.

Fie că axele de coordonate definesc sistemul de coordonate dreptunghiular (cartezian) ( ) în spaţiul tridimensional (vezi fig. 4). Fie că punctul corespunde valorilor curente ale conductibilităţilor şi curenţilor de sarcini , iar punctul corespunde regimului de scurtcircuit după toate sarcinile.

La rândul său, prin valorile curenţilor de referinţă , , trece planul . Atunci, valoarea curentă corespunde planului care trece prin punctul şi dreapta . Această linie dreaptă corespunde intersecţiei planului cu planul . În mod similar, valoarea corespunde planului, care trece prin punctul şi linia dreaptă . De asemenea, valoarea corespunde planului, care trece prin punctul şi linia dreaptă .

Se examinează modificarea conductibilităţilor sarcinilor.

Pentru valori diferite ale , linia dreaptă este axa unui fascicul de planuri. Valori caracteristice ale acestei conductibilităţi sunt valori ca: , , . Atunci valoarea curentă a conductibilităţii poate fi reprezentată ca un raport complex a patru valori, sau coordonata neomogenă (vezi Penin A. Recalculation of the loads current of active multiport network on the basis of projective geometry. Journal of Circuits, Systems and Computers, 22(05), 1350031 (13 pages), 2013):

. (1)

Valorilor extreme sau de bază le corespund . Punctul este unitar. Pentru conductibilităţile , , în mod similar se obţine:

, . (2)

În cazul în care valorile curente sunt apropiate de valorile de bază , , , coordonatele neomogene au valori infinite. De aceea, planul se numeşte plan îndepărtat la infinit. Astfel, se obţine un sistem proiectiv de coordonate în forma tetraedrului de coordonate cu punctul unitar . Aceasta permite de a determina coordonatele omogene ale punctului .

Coordonatele neomogene şi coordonatele proiective omogene sunt legate între ele în modul următor:

, , (3)

unde - coeficientul de proporţionalitate.

Coordonatele omogene sunt definite ca raportul dintre distanţele punctului şi distanţele punctului până la planurile corespunzătoare ale tetraedrului de coordonate . În acest caz, distanţele , corespund planului , de aceea , .

În mod similar, , corespund planului , , .

De asemenea, urmează că , corespund planului , , .

Se obţine:

, , . (4)

La rândul său, , iar distanţele , corespund planului .

Ecuaţia acestui plan are forma:

.

Atunci, pentru distanţele , se vor obţine ecuaţiile:

, .

Coeficientul de normalizare

.

De aceea:

. (5)

În acest caz, se pot exprima coordonatele proiective omogene prin curenţii în forma unei matrice:

(6)

Transformarea inversă a matricei (6):

.

Această expresie poate fi reprezentată în felul următor:

. (7)

De unde se exprimă curenţii de sarcină:

(8)

În aşa mod, parametrii selectaţi ai circuitului de distribuţie permit de a utiliza expresii (1), (2), (7), (8) simple şi convenabile în procesul de programare pentru calculul curenţilor de sarcină conform valorilor curente (reale) ale conductibilităţilor sarcinilor şi valorilor caracteristice ale acestor curenţi, calculate în prealabil. Aceste formule, în mod formal, se generalizează la creşterea numărului de sarcini. Cunoscând parametrii circuitului de distribuţie, uşor pot fi găsiţi curenţii surselor de tensiune. Toate acestea determină cerinţe tehnice moderate (la fel şi costuri) pentru hardware şi software ale blocului de monitorizare.

Datele obţinute sunt sursa generală de informare pentru monitorizarea şi controlul sistemului de alimentare cu energie.

În cazul în care componenţa sistemului de alimentare cu energie include un număr diferit de surse de tensiune şi de sarcini, se obţine o formă specială a reţelei de distribuţie şi a expresiilor de calcul pentru selectarea conductibilităţilor acestei reţele.

1. Liu C., Chau K., Diao C., Zhong J., Zhang X., Gao S., Wu D. A new DC micro-grid system using renewable energy and electric vehicles for smart energy delivery. Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), September, 2010, IEEE (pp. 1-6)

2. US 20110205771 A1 2011.08.25

Claims (1)

1. Sistem distribuit de alimentare cu energie electrică, care conţine un bloc de monitorizare, surse de tensiune, fiecare dintre acestea fiind unită cu toate sarcinile prin conductoare cu conductibilităţi corespunzătoare, caracterizat prin aceea că blocul de monitorizare este conectat la sarcini, iar valorile tensiunilor surselor menţionate şi conductibilităţilor conductoarelor sunt selectate astfel încât pentru valoarea tensiunii de referinţă care se determină pentru fiecare dintre sarcini tensiunile şi curenţii celorlalte sarcini să fie egale cu zero.