PL181367B1

PL181367B1 - Sposób sterowania przeplywem mocy w systemie przesylania energii elektrycznej i sterownik przeplywu mocy w systemie przesylania energii elektrycznej PL PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL181367B1
Application number: PL96326650A
Authority: PL
Inventors: Laszlo Gyugyi
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2001-07-31
Also published as: BR9611622A; HUP9902172A2; DE69620784T2; EP0864193A2; HUP9902172A3; JP3701315B2; WO1997020375A2; PL326650A1; TW329064B; US5698969A; AU7515496A; DE69620784D1; CA2239071A1; CA2239071C; CN1083626C; CN1203703A; WO1997020375A3; CZ139898A3; JP2000501276A; KR19990071714A

Abstract

1 . Sposób sterowania przeplywem mocy w systemie przesylania energii elektrycznej zawieraja- cym co najmniej dwie linie przesylowe energii elek- tr ycznej, z których kazda ma dwa konce i przesyla prad przemienny o wybranym napieciu linii i czesto- tliwosci podstawowej pomiedzy tymi koncami, zna- mienny tym, ze laczy sie linie przesylowe poprzez przetwornik i generuje sie w przetworniku co najmniej dwa napiecia przemienne o czestotliwosci podstawo- wej pradów przemiennych plynacych w liniach prze- sylowych o zmiennej wielkosci i sterowanym kacie fazowym wzgledem pradu linii przesylowej, po czym laczy sie szeregowo kazde napiecie przemienne wyge- nerowane przez przetwornik z jedna z linii przesylo- wych oraz steruje sie wielkoscia i faza kazdego napiecia przemiennego generowanego przez przetwornik. 4. Sterownik przeplywu mocy w systemie przesylania energii elektrycznej zawierajacym co najmniej dwie linie przesylowe energii elektrycznej, z których kazda ma dwa konce i przesyla prad prze- mienny o wybranym napieciu linii i czestotliwosci podstawowej pomiedzy tymi koncami, znamienny tym, ze zawiera, wlaczony miedzy linie przesylowe (12, 14), przetwornik (24) generujacy co najmniej dwa napiecia przemienne o czestotliwosci podstawowej pradów przemiennych plynacych w liniach przesylo- wych (12, 14) o zmiennej wielkosci i sterowanym kacie fazowym wzgledem pradu linii pradu linii.... F IG . 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania przepływem mocy i sterownik przepływu mocy w systemie przesyłania energii elektrycznej.

Przepływ mocy elektrycznej poprzez linię przesyłową prądu zmiennego jest funkcją impedancji linii, wielkością napięcia na końcu nadawczym i odbiorczym i kąta fazowego pomiędzy tymi napięciami. Przepływ mocy w pojedynczej linii przesyłowej jest w znany sposób sterowany przez bierną kompensację szeregową, przy użyciu szeregowych kondensatorów stałych albo sterowanych tyrystorami, albo przez transformatory z przesuwem fazy. Ostatnio zaproponowano nowe sterowniki mocy wykorzystujące półprzewodnikowe konwertery przełączające. W opisie patentowym USA nr 5 198 746 dotyczącym systemu kompensacji impedancji dynamicznej linii przesyłowej przedstawiono urządzenie, które jest w stanie wprowadzać sterowane napięcie w kwadraturze z prądem linii przesyłowej, uzyskując przez to sterowanie bierną impedancją linii i przesyłaną mocą. Z kolei opis patentowy USA nr 5 343 139 dotyczący szybkiego sterownika przepływu mocy przedstawia urządzenie, w którym poprzez odpowiednie wprowadzanie napięcia można sterować współbieżnie albo selektywnie impedancją linii przesyłowej, napięciem oraz kątem fazowym i przez to przesyłaną mocą. Ponadto w zgłoszeniu patentowym USA o numerze 08/366 646 z dnia 30 grudnia 1994 dotyczącym szeregowego kompensatora wprowadzającego impedancję czynną i bierną do elektrycznego systemu zasilania do tłumienia wahań mocy, przedstawiono ulepszony sposób kompensacji szeregowej, który steruje bierną impedancją liniową przez wprowadzenie napięcia w kwadraturze z prądem w linii, w sposób podobny do opisanego w opisie patentowym USA nr 5 198 746, przy czym przez zastosowanie zewnętrznego magazynu energii może również wprowadzać składową napięciową w fazie z prądem linii, aby uzyskać czasowo pozorną dodatnią albo ujemną impedancję czynną w szeregu z linią, w celu wspomagania tłumienia wahań mocy.

Wspólną cechą wszystkich znanych sterowników przepływu mocy, niezależnie od tego, czy wykorzystują urządzenia zwykłe czy elektroniczne, jest to, że mogą bezpośrednio kontrolować przepływ mocy tylko w pojedynczej linii przesyłowej, do której są podłączone. Jednak do szyny napięcia podłącza się zwykle kilka linii przesyłowych. Drugi koniec linii można podłączyć do innej wspólnej szyny napięciowej, albo do różnych szyn, zależnie od struktury sieci przesyłowej. Linie mogą mieć podobne albo różne impedancję. Zatem sterowanie przepływem mocy w jednej linii sieci może nie stanowić optymalnego rozwiązania dla oszczędnego wykorzystania całej sieci. Na przykład w układzie wielu linii przesyłowych, jeżeli jedna linia jest przeciążona, a druga nie jest dostatecznie obciążona, idealnym rozwiązaniem byłoby zwiększenie przesyłanej mocy w linii niedostatecznie obciążonej i jej zmniejszenie w linii przeciążonej, z możliwie najmniejszym wpływem na przepływ mocy w pozostałych liniach. Znany sterownik przepływu mocy jest w stanie zwiększyć albo zmniejszyć przepływ mocy tylko w jednej linii i zmiana w tej linii może wpłynąć na przepływ mocy we wszystkich innych liniach. Tak więc rzeczywistego obciążenia mocą nie można bezpośrednio przenieść z jednej określonej linii do drugiej, ale trzeba go zmieniać pośrednio w każdej linii za pomocą poszczególnych sterowników przepływu mocy aż do uzyskania pożądanych poziomów przepływu energii elektrycznej.

Istotą sposobu sterowania przepływem mocy w systemie przesyłania energii elektrycznej, według wynalazku, zawierającym co najmniej dwie linie przesyłowe energii elektrycznej, z których każda ma dwa końce i przesyła prąd przemienny o wybranym napięciu linii i częstotliwości podstawowej pomiędzy tymi końcami, jest to, że łączy się linie przesyłowe poprzez przetwornik i generuje się w przetworniku co najmniej dwa napięcia przemienne o częstotliwości podstawowej prądów przemiennych płynących w liniach przesyłowych o zmiennej wielkości i sterowanym kącie fazowym względem prądu linii przesyłowej, po czym łączy się szeregowo każde napięcie przemienne wygenerowane przez przetwornik z jedną linii przesyłowych oraz steruje się wielkością i fazą każdego napięcia przemiennego generowanego przez przetwornik.

Korzystnie w trakcie sterowania wielkością i fazą każdego napięcia przemiennego generowanego przez przetwornik steruje się ilością mocy czynnej przenoszoną indywidualnie pomiędzy liniami przesyłowymi poprzez przetwornik.

Korzystnie do przetwornika dołącza się źródło zasilania.

181 367

Istotą sterownika przepływu mocy w systemie przesyłania energii elektrycznej, według wynalazku, zawierający co najmniej dwie linie przesyłowe energii elektrycznej, z których każda ma dwa końce i przesyła prąd przemienny o wybranym napięciu linii i częstotliwości podstawowej pomiędzy tymi końcami, jest to, że zawiera, włączony między linie przesyłowe, przetwornik generujący co najmniej dwa napięcia przemienne o częstotliwości podstawowej prądów przemiennych płynących w liniach przesyłowych o zmiennej wielkości i sterowanym kącie fazowym względem prądu linii przesyłowej, pierwszy i drugi transformatory łączące szeregowo każde napięcie przemienne wygenerowane przez przetwornik z jedną z linii przesyłowych, oraz układ sterujący wielkością i fazą każdego napięcia przemiennego generowanego przez przetwornik.

Korzystnie przetwornik zawiera co najmniej dwa przekształtniki prądu stałego na prąd przemienny połączone poprzez łącze prądu stałego.

Korzystnie zawiera źródło zasilania podłączone do łącza prądu stałego.

Korzystnie zawiera urządzenie magazynowania energii podłączone do łącza prądu stałego.

Korzystnie przetwornik zawiera co najmniej dwa przekształtniki rezonansowe z końcówkami wejściowymi podłączonymi poprzez łącze rezonansowe.

Korzystnie przetwornik zawiera co najmniej jeden przetwornik prądu przemiennego na prąd przemienny.

Korzystnie przetwornik zawiera co najmniej dwa przetworniki prądu przemiennego na prąd przemienny, których końcówki prądu przemiennego są podłączone do łącza prądu przemiennego.

Korzystnie przetwornik zawiera źródło zasilania prądu przemiennego podłączone do łącza prądu przemiennego.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia szeregową kompensację mocy biernej dla poszczególnych linii przesyłowych energii elektrycznej z jednoczesnym przesyłaniem mocy czynnej pomiędzy tymi liniami.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat elektryczny sterownika przepływu mocy według przykładu wykonania wynalazku, fig. 2 - schemat wektorowy pokazujący działanie sterownika przepływu mocy z fig. 1, fig. 3 - schemat elektryczny sterownika przepływu mocy według alternatywnego przykładu wykonania wynalazku, fig. 4 - schemat elektryczny sterownika przepływu mocy skonstruowanego według innego alternatywnego przykładu wykonania wynalazku, fig. 5 - schemat elektryczny sterownika przepływu mocy skonstruowanego według jeszcze jednego alternatywnego przykładu wykonania wynalazku, fig. 6 - schemat blokowy obwodu sterującego dla sterownika przepływu mocy według wynalazku, zaś fig. 7 - schemat blokowy części obwodu sterującego z fig. 6.

Na figurze 1 przedstawiono schemat elektryczny sterownika przepływu mocy 10 do sterowania przepływem mocy w dwóch równoległych liniach przesyłowych 12 i 14 systemu przesyłania energii elektrycznej. System zawiera szynę końca nadawczego 16 o napięciu v_soraz szynę odbiorczą 18 o napięciu v_r. Szyna końca nadawczego 16 jest podłączona do pierwszego źródła zasilania 20, a szyna końca odbiorczego 18 do drugiego źródła zasilania 22. Dwie linie charakteryzują się szeregowymi impedancjami biernymi X! i X₂, przy czym zakłada się, że przewodzą one prądy i_t i i₂. Prąd zasilający międzyliniowego sterownika przepływu mocy zawiera przetwornik 24, który w tym przykładzie wykonania zawiera dwa przekształtniki 26 i 28 ze źródłem napięciowym, których końce są połączone wspólnym łączem prądu stałego 30. Takie przekształtniki mogą wykorzystywać tyrystory przełączające albo inne odpowiednie półprzewodniki dużej mocy i mogą stosować różne dobrze znane sposoby, na przykład neutralizację harmoniczną albo modulację szerokości impulsu, do generowania wyjściowego kształtu fali. Dla sterownika wyjścia prądu przemiennego obu przekształtników są podłączone szeregowo do linii transmisyjnych. W szczególności wyjście przekształtnika 26 jest połączone szeregowo z linią 12, a wyjście przekształtnika 28 jest połączone szeregowo z linią 14 poprzez transformatory Tri i Tr2.

Dwa przekształtniki 26 i 28 z fig. 1 są sterowane przez układ sterujący 32, aby zmieniać przenoszoną moc w każdej linii poprzez indywidualną szeregową kompensację bierną w sposób określony przez dwa sygnały odniesienia biernej impedancji kompensującej X_C1 i X_c2, oraz przenosić moc czynną pomiędzy liniami 12 i 14 w sposób określony przez sygnał odniesienia mocy czynnej P₁₂. Sygnały reprezentujące zmierzone zmienne systemowe, takie jak prądy linii przesyłowej, są dostarczane do układu sterującego 32 z linii mv„mv₂ imv₃.

Na figurze 1 każdy przekształtnik wytwarza sterowane napięcie wyjściowe prądu przemiennego o częstotliwości podstawowej systemu zasilania prądu przemiennego. Każde napięcie wyjściowe jest przykładane do określonej linii przesyłowej poprzez szeregowy transformator. Wyjście każdego przekształtnika jest zsynchronizowane z prądem określonej linii przesyłowej, którą steruje. Położenie fazowe napięcia przekształtnika względem prądu linii, jak również jego wielkość, są regulowane tak, że wprowadzone napięcie linii szeregowej będzie miało odpowiednią składową będącą w kwadraturze, oraz drugą składową będącą w fazie z prądem linii. Składowa kwadraturowa zapewni szeregową kompensację bierną na linii, a składowa synfazowa pobierze z linii albo wygeneruje dla niej ilość mocy czynnej, która zostanie zażądana do pobierania albo do wygenerowania dla tej linii. Moc czynna, dodatnia albo ujemna zależnie od tego, czy moc jest pobierana z przeciążonej linii czy dostarczana do linii niedostatecznie obciążonej, jest przenoszona do końcówek prądu stałego określonego przekształtnika jako zapotrzebowanie na moc. Napięcie wyjściowe drugiego wybranego przekształtnika, albo połączenia przekształtników, sterujące drugą linię, albo kilkoma liniami, jest regulowane w taki sposób, że otrzymana składowa synfazowa, albo suma składowych synfazowych, powoduje wymianę mocy czynnej identyczną, ale przeciwną względem zażądanej przez przekształtnik, który wymienia moc czynną z określoną przeciążoną albo niedostatecznie obciążoną linią. W ten sposób przesyłanie mocy czynnej pomiędzy wybranymi liniami można ustalić za pomocą przekształtników, przy czym każdy przekształtnik cały czas zapewnia niezależnie sterowaną kompensację bierną dla poszczególnych linii.

Na figurze 1 przekształtnik 26 jest zsynchronizowany z prądem f (małe litery dla prądów i napięć wskazują wartości chwilowe, natomiast duże litery wskazują wartości skuteczne i fazory) płynącym w linii 12. Oznacza to, że przekształtnik 26 wytwarza napięcie zmienne v_pql o częstotliwości podstawowej systemu, którego wielkością można sterować pomiędzy zerem i wartością maksymalną wyznaczoną przez moc znamionową przekształtnika 26 i którego położenie kątowe względem położenia dla prądu linii i₍ można zmieniać od 0 do 360 stopni. To napięcie v_N1, jest wprowadzane szeregowo do linii 12 poprzez transformator Tri.

Prąd linii i₂ płynie przez transformator szeregowy Tri i oddziałuje wzajemnie na wprowadzone napięcie v_pql. Mówiąc ogólnie, wzajemne oddziaływanie oznacza wymianę zarówno czynnej, jak i biernej mocy pomiędzy linią 12 i przekształtnikiem 26. Ta wymiana mocy jest przedstawiona na figurze 2 w postaci wykresu fazorów. Jak widać na fig. 2, składowa napięcia V_W1R) która jest w fazie z prądem i₁₅ daje moc czynną P₁₂ = IiVpq_1R, a składowa napięcia ν^, która jest w kwadraturze z prądem I,, daje moc bierną Q_C1 = Należy zauważyć, że postać tych równań implikuje wielkości jednofazowe. Jest jednak zrozumiałe, że chociaż przedstawione rozwiązanie sterownika można zastosować dla systemów jednofazowych, w praktyce byłoby one zwykle stosowane w połączeniu z systemami trójfazowymi. Mimo to zachowuje się równania w poprzednio stosowanej prostej postaci w całym tym opisie, z założeniem, że można je uczynić poprawnymi dla wyważonych systemów trójfazowych, poprzez przyjęcie, że reprezentują odnośne wielkości fazowe, na przykład napięcia między fazą a ziemią i prądy w linii i pomnożenie ich po prostu przez trzy.

Jak wiadomo przekształtnik 26 (jak również przekształtnik 28) jest w stanie generować albo pobierać wymienioną moc bierną Q_cl. Jednak przekształtnik 26 przekształci moc czynną P₁₂ i przekaże ją do swoich końcówek prądu stałego, gdzie będzie ona występować jako zapotrzebowanie ma moc czynną (dodatnią albo ujemną) do dostarczenia w postaci V_dcIdc, gdzie V_DC jest napięciem wspólnego łącza prądu stałego, a I_DC jest prądem do dostarczenia albo pobrania przez łącze.

Wielkość (l/I₁)V_pqi_Q reprezentuje pozorną impedancję bierną, którą przekształtnik wytwarza dla skompensowania istniejącej impedancji liniowej X„ i przez to zwiększenia albo zmniejszenia przesyłanej mocy. Ta impedancja kompensująca może być pojemnościowa (aby zwiększyć przesyłaną moc) albo indukcyjna (aby zmniejszyć przesyłaną moc), zależnie do

181 367 tego, czy wprowadzane napięcie V_pqlQ następuje po, czy wyprzedza prąd linii o 90 stopni. Jeżeli impedancja kompensująca, wynosi Χ^, gdzie = (l/IJY^^, moc przesyłana poprzez linię 12 będzie odwrotnie proporcjonalna do różnicy impedancji danej przez ΧρΧ^. Impedancja Χ^ jest wielkością odniesienia dostarczaną do układu sterującego sterownika, aby wyregulować przepływ mocy w linii 12. Żądane napięcie kwadraturo we do wprowadzenia przez przekształtnik 26 można stąd łatwo wyznaczyć, znając prąd linii I₁₅ czyli V_M1Q = Χ_ΟΙ₁.

Wielkość (l/Ij)V _1R reprezentuje pozorną czynną impedancję R_t powodowaną przez przekształtnik. Ta impedancja może być dodatnia (w przypadku gdy moc czynna jest pobierana z linii) albo ujemna (w przypadku gdy moc czynna jest generowana dla linii), zależnie od tego, czy wprowadzona składowa napięcia V_pqIR jest w fazie, czy przeciwnie do fazy względem prądu linii I_P W pierwszym przypadku moc czynna P₁₂ = IiY^r = (I₁)²R₁ jest pobierana z linii i przekazywana do wspólnych końcówek prądu stałego przekształtników 26 i 28. W drugim przypadku moc czynna P₁₂ jest pobierana przez przekształtnik 26 ze wspólnych końcówek prądu stałego i dostarczana dla linii 12 na jej końcówkach prądu zmiennego. Ten przypadek, z punktu widzenia linii 12, jest równoważny przypadkowi z dodatkowym generatorem mocy o czynnej mocy znamionowej P₁₂ połączonym szeregowo ze źródłem napięcia końca nadawczego, aby zwiększyć łączną moc wprowadzaną do linii 12.

Wyraźnie widać, że jeżeli przekształtnik sterownika jest sterowany tak, aby wprowadzić szeregowo względem linii 14 pozorną impedancję czynną o jednakowej wielkości, ale o przeciwnym znaku w porównaniu z wprowadzoną szeregowo do linii 12 przez przekształtnik 26, wprowadzając również sterowaną niezależnie pozorną impedancję bierną, moc czynna P₁₂będzie przekazywana albo z linii 12 do linii 14, albo na odwrót (zależnie od tego, która z dwóch pozornych impedancji czynnych jest dodatnia, a która ujemna), natomiast obie linie uzyskują sterowaną niezależnie szeregową kompensację bierną. Aby ją uzyskać, przekształtnik 28 jest zsynchronizowany z prądem i₂ płynącym w linii 14. Tak więc przekształtnik 28 generuje napięcie zmienne v_{p 2} o częstotliwości podstawowej systemu, którego wielkością można sterować od zera do maksymalnej wartości wyznaczonej przez moc znamionową przekształtnika 28 i którego położenie kątowe względem prądu i₂ można zmieniać od zera do 360 stopni. To napięcie v_w2 jest wprowadzane szeregowo z linią 14 poprzez transformator Tr2.

Prąd linii i₂ płynie poprzez transformator szeregowy Tr2 i oddziałuje wzajemnie na wprowadzone napięcie v_pq2. Jak wyjaśniono wyżej, to wzajemne oddziaływanie oznacza wymianę zarówno mocy czynnej, jak i biernej, pomiędzy linią 14 i przekształtnikiem 28. W szczególności, składowa napięcia v_n2r, która jest w fazie z prądem i₂, wyznacza wymianę mocy czynnej, a składowa napięcia v_pq2Q, która jest w kwadraturze z prądem i₂, wyznacza wymianę bierną pomiędzy linią 14 i przekształtnikiem 28. Aby spełnić żądanie przesyłania mocy czynnej pomiędzy liniami 12 i 14 poprzez wspólne łącze prądu stałego 30 przekształtników połączonych końcami, wymiana mocy czynnej pomiędzy liniami 14 i przekształtnikiem 28 musi być równa i przeciwna do wymiany pomiędzy linią 12 i przekształtnikiem 26. Tak więc ĘYp^R + I₂V_pq2R = 0. Moc bierna wymieniona pomiędzy linią 14 i przekształtnikiem 28, określona przez Q_C2 = I₂Vpq₂Q jest sterowana niezależnie od mocy Q_C1 = ^Y^, wymienianej pomiędzy linią 12 i przekształtnikiem 26. Wielkość (l/IjjY^ę reprezentuje pozorną impedancję bierną którą przekształtnik wytwarza dla skompensowania istniejącej impedancji linii X₂, zwiększając przez to albo zmniejszając przesyłaną moc czynną w linii 14. Ta impedancja kompensującą podobnie jak pozorna impedancja kompensująca wytwarzana przez przekształtnik 26, może być pojemnościowa (aby zwiększyć przesyłaną moc) albo indukcyjna (aby zmniejszyć przesyłaną moc), zależnie od tego, czy wprowadzone napięcie v_pq2Q następuje po czy też wyprzedza prąd linii o 90 stopni. Jeżeli impedancja kompensująca wynosi Xc₂, gdzie Xc₂ = (1/T₂) Υ_μ2(3, moc przesyłana poprzez linię 14 będzie odwrotnie proporcjonalna do różnicy impedancji X₂ - Χ^. Impedancja Xc₂ jest również wielkością odniesienia dostarczaną do układu sterującego 32, aby wyregulować przepływ mocy w linii 14. Żądane napięcie kwadraturo we do wprowadzenia przez przekształtnik 28 można stąd łatwo wyznaczyć, znając prąd linii I₂, czyli Y^ - Xc₂I₂.

Można zauważyć, że pokazany powyżej przykład wykonania sterownika można łatwo rozszerzyć na zbiór N linii (gdzie N jest liczbą całkowitą), jak pokazuje figura 3. Na fig. 3 zbiór N przekształtników prądu przemiennego na stały 34, 36 i 38 jest podłączony szeregowo do linii przesyłowych 40, 42 i 44, przez transformatory Tri', Tr2' i Trn. Łącze prądu stałego 46 dostarcza wspólne napięcie wejściowe dla przekształtników. Potrzebnym kryterium dla działania tego układu jest to, że suma mocy czynnych wymienionych przez wszystkie przekształtniki musi wynosić zero, I^^r + ĘY^r + ... + ĘY^ = 0. W przeciwnym razie nie można utrzymać napięcia zmiennego potrzebnego do pracy przekształtników. Jest zrozumiałe, że przekształtniki prądu przemiennego na stały z fig. 3 mogą zostać zastąpione przez inne typy przetworników mocy, na przykład przez przetworniki prądu przemiennego na prąd przemienny połączone łączem prądu przemiennego zamiast łączem prądu stałego.

Inny uogólniony układ sterownika jest pokazany na figurze 4. W tym przykładzie wykonania N linii jest kompensowanych przez N szeregowych przekształtników 48, 50 i 52, z których wszystkie są podłączone do szyny prądu stałego 56. Dodatkowy przekształtnik w postaci przekształtnika bocznikowego 58 jest również podłączony do szyny prądu stałego. Końcówki prądu przemiennego przekształtnika bocznikowego są podłączone do odpowiedniej szyny systemu prądu przemiennego za pomocą transformatora Trs. Fig. 4 pokazuje również pojedynczą szynę prądu przemiennego 60 zasilającą dwie z N linii przesyłowych. Oczywiście sterownik nie jest w żaden sposób ograniczony przez układ szyny systemu przesyłowego, zaś linia zasilana przez przekształtniki szeregowe może być zasilana indywidualnie albo w grupach z dowolnej liczby połączonych i niepołączonych szyn. Celem przekształtnika bocznikowego jest usunięcie wspomnianego wyżej wymagania, aby moc czynna wymieniana przez wszystkie przekształtniki szeregowe sumowała się do zera. W typ przypadku suma wymienionych mocy czynnych, czyli FY^r + + ... + I„V nR = P_dlff, jest zawracana do wspólnej szyny prądu przemiennego przez przekształtnik bocznikowy. Innymi słowy, przekształtnik bocznikowany jest sterowany w taki sposób, aby utrzymywać żądane napięcie końcówki prądu stałego i czyniąc to, wymienia moc Ρ_ΛΠ· = V_buslinv-reai (dodatnią albo ujemną) z szyną prądu przemiennego. W wyrażeniu Υ^Ι™,.^ V_bus jest napięciem pomiędzy fazą a ziemią na szynie prądu przemiennego, a I_inv__real jest składową prądową w fazie z napięciem V_bus odprowadzoną przez przekształtnik bocznikowy. Przekształtnik bocznikowy zwiększa stopień swobody w kompensacji i sterowaniu przesyłaniem mocy dla poszczególnych linii, co czyni ten układ szczególnie odpowiednim dla zarządzania przesyłaniem mocy w złożonym systemie przesyłania zawierającym kilka linii.

Możliwe są także inne przykłady wykonania wynalazku. Na przykład sterownik można realizować przez zastosowanie przekształtników prądu przemiennego na stały ze źródłem prądowym albo przekształtników sterowanych za pomocą łącza rezonansowego, zamiast przekształtników prądu przemiennego na stały ze źródłem napięciowym pokazanych w przykładzie wykonania z fig. 1. Podobnie, można zastosować inne typy przetworników mocy, jak przetworniki prądu przemiennego na prąd przemienny albo przemienniki częstotliwości. Jeżeli stosuje się łącze prądu przemiennego, do łącza można podłączyć bierny obwód rezonansowy. Ponadto końcówki prądu stałego przekształtników wykonania można podłączyć do źródła zasilania 62, takiego jak kondensator o dużej pojemności, zespół baterii, nadprzewodnikowa pamięć magnetyczna lub inne urządzenie magazynowania energii, jak pokazano na figurze 5. Przekształtniki ze źródłem napięciowym mogąbyć stosowane jeżeli łącze ma charakterystykę źródła napięciowego (na przykład gdy łącze jest podłączone do akumulatora albo zespołu kondensatorów), a przekształtniki ze źródłem prądowym gdy łącze ma charakterystykę źródła prądowego (na przykład gdy łącze jest podłączone do maszyny wirującej albo indukcyjnego urządzenia do magazynowania energii). W przykładzie wykonania z fig. 5 urządzenie magazynujące energię jest podłączone do łącza prądu stałego 56 za pomocą obwodu sprzęgającego 64. Ten układ umożliwia krótkotrwałe niespełnianie warunku, aby suma mocy czynnej wymienianej przez wszystkie przekształtniki wynosiła zero, koniecznego dla podstawowego układu sterownika pokazanego na fig. 3. W ten sposób sterownik może zostać wykorzystany do przeciwdziałania przejściowym zakłóceniom, jak spadki napięcia, wahania mocy, wahania podsynchroniczne i tak dalej, w każdej z linii, do których jest podłączony, przy zastosowaniu pojedynczego urządzenia magazynującego energię, przeznaczonego do obsługi zakłócenia tylko w jednej, albo określonej liczbie, linii. Ważnym zastosowaniem układu

181 367 sterownika z urządzeniem magazynującym energię jest dynamiczna kompensacja, albo „przywracanie” spadków napięcia występujących na liniach dosyłowych systemu rozprowadzania energii elektrycznej.

Jest oczywiste, że można przeprowadzić dalsze zmiany i modyfikacje rozwiązania według wynalazku, na przykład źródłem energii z fig. 5 może być wirująca maszyna elektryczna.

Obwód sterowania dla powyższego przykładu z dwiema liniami transmisyjnymi (taki jak na fig. 1) jest pokazany na figurze 6. Istnieją dwa w zasadzie identyczne zespoły sterujące przekształtnikami 26 i 28. Każdy zespół jest sterowany niezależnym wejściem odniesienia impedancji biernej (zespół sterujący 66 przez Χ^, a zespół sterujący 68 przez Χ^*), aby wyznaczyć stopień szeregowej kompensacji biernej dla linii 12 i 14. Odniesienie mocy czynnej P₁₂*, które określa moc czynną do przesyłania z jednej linii do drugiej jest wspólne dla dwóch zespołów sterujących, poza polamością która jest przeciwna dla zespołu sterującego 66. W ten sposób, dodatnia wartość odniesienia dla P₁₂* oznacza, że przesyłanie mocy czynnej odbywa się z linii 14 do linii 12, a ujemna wartość odniesienia oznacza, że z linii 12 do linii 14.

W odniesieniu do fig. 6, a w szczególności do zespołu sterującego 68, zespół steruje przekształtnikiem 28, aby wprowadzać napięcie V_pq2 szeregowo względem linii 14. Wielkość i kąt v_pq2 muszą być takie, aby składowa v _2R w kwadraturze z prądem linii transmisyjnej i₂reprezentowała pozorną impedancję bierną, = V_pq2Q/I₂ określoną przez odniesienie X_C2‘, a składowa w fazie z prądem i₂ reprezentowała pozorną impedancję czynną, R₂ = co daje moc czynnąP₁₂ = I₂ ²R₂ określoną przez odniesienie P₁₂*.

Jak pokazuje schemat blokowy zespołu sterującego 68, wartości chwilowe trzech prądów fazowych w linii 14 są reprezentowane przez wektor prądu w dwóch osiach d i q układu współrzędnych. Ten wektor prądu ma wielkość chwilową i₂ i chwilowy kąt falowy Θ₂. Wyznaczenie tych wielkości jest przeprowadzane przez trzy bloki sterujące: układ rozkładania wektora 70, wektorową pętlę fazową 72 i układ obliczania wielkości wektora 74. Szczegóły tych bloków sterujących są pokazane na figurze 7.

Działanie przekształtnika 28 jest w zasadzie wyznaczone przez cztery zmienne: X_C2‘, P₁₂*, i₂ i ©₂. Jak widać na fig. 6, wartość odniesienia dla mocy jest przekształcana na chwilową rzeczywistą wartość odniesienia: R₂* = P₁₂*/i₂. Z wartości odniesienia Χ^', R₂’ i z wielkości prądu i₂ za pomocą prostych działań matematycznych można wyznaczyć wielkość e₂‘ i kąt β₂* żądanego szeregowego wektora napięcia względem wektora prądu linii 14. Ponieważ kąt β₂* wyznacza względne położenie kątowe żądanego szeregowego wektora napięcia, łączny chwilowy kąt fazowy tego wektora napięcia i przez to napięcie do wygenerowania przez przekształtnik, jest dany przez: φ₂ = θ₂ + β₂*. Wielkość napięcia wyjściowego wytwarzanego przez przekształtnik 28, jest sterowana przez parametr τ₂, określony jako e₂7V_DC, gdzie e₂* jest amplitudą napięcia wyjściowego, a V_DC jest napięciem łącza prądu stałego. Tak więc stosunek napięcia prądu stałego do wielkości żądanego napięcia szeregowego e2*/V_DC określa wartość chwilową τ₂ potrzebną do sterowania przekształtnikiem 28. Dlatego można stosować wielkości φ₂ i τ₂ do sterowania przekształtnikiem 28 poprzez tablicę przeglądową stanów przełącznika, które są zapisywane sekwencyjnie dla określonego zestawu wartości τ₂ i można do nich uzyskać dostęp jako do funkcji φ₂.

Jak pokazuje fig. 6, zespół sterujący 66 ma tę samą strukturę i działa w ten sam sposób co zespół sterujący 68, wyznaczając zmienne sterujące φ₂ i τ₂, aby dostarczyć sygnały bramkowe dla przełączników przekształtnika 26. Należy jednak zauważyć, że znak odniesienia R/, gdzie R/ = P₁₂/ii² jest odwrócony (pomnożony przez -1), aby zapewnić, że (dodatnia) moc czynna pobrana przez przekształtnik 28 z linii 14 jest dostarczana przez przekształtnik 26 do linii 12 poprzez łącze prądu stałego.

Ponieważ R/ reprezentuje tę samą moc co R₂‘ i ponieważ jego znak jest przeciwny, teoretycznie dwa przekształtniki powinny przyjmować bez zakłóceń przepływ mocy ze stabilnym napięciem łącza prądu stałego. Jednak występujące w praktyce nawet małe różnice w stratach w obwodzie prądowym albo dokładnościach sterujących dwóch przekształtników mogą powodować małe różnice w podatnym na zakłócenia bilansie mocy czynnej, powodując że napięcie łącza prądu stałego będzie się wahać albo nawet spadnie. Aby ustabilizować napięcia łącza prądu stałego stosuje się specjalny układ wyrównujący moc 78, w układzie pętli

181 367 fazowej. Odnosząc się znowu do fig. 6, jest widoczne, że wejścia odniesienia R₂* i -R/ są modyfikowane przez dodanie sygnałów błędu AR₂ tworząc R_2r* i AR! tworząc R_lr‘, stosowane do wyznaczania kątów kontrolnych β/ i β₂*. Sygnały błędów AR! i AR₂ są wyznaczane w procesie, który rozpoczyna się od porównania sygnałów wymaganych wielkości e/ i e₂‘ wprowadzonych napięć ν_Μ1 i ν_Μ2 i wyboru większej wielkości e_max*. Jest to wykonywane przez blok funkcyjny nwfie/e/). Sygnał e_max’ jest następnie porównywany do odpowiednio skalowanej wartości (k_DC) napięcia łącza prądu stałego V_DC. Uzyskany błąd napięcia jest dzielony przez ί₁€08β₁* i i₂cos^₂* (składowe prądów linii i[ oraz i₂, które są w fazie z wprowadzonymi napięciami ν_Μ1 i v_pq2), aby uzyskać dodatnią albo ujemną różnicę impedancji czynnej wskazującą potrzebę zwiększenia albo możliwość zmniejszenia napięcia prądu stałego, aby uprościć pożądaną maksymalną liniową kompensację bierną i przesyłanie mocy czynnej. Błędy po odpowiednim wzmocnieniu (k, i k₂) są dodawane do -R/ i R₂‘, tworząc R^_r* i R_2s*, aby zmienić β/ i β₂*. Jest widoczne, że dodatnie błędy zwiększą β₂* i zmniejszą β[ , zwiększając napięcie łącza prądu stałego, natomiast błędy ujemne będą działać przeciwnie, aby je zmniejszyć.

FIG. 3

181 367

FIG. 4

181 367

FIG. 5

181 367

I SYGNAŁY

I BRAMKOWE DLA I PRZEKSZTAŁTNIKA 26

FIG. 6

TABELA PRZEGLA DOWA STANÓW PRZEŁĄCZANIA

Zł ^Z2 it z_]*=7Ri’²+x_c1’² kf + V '2²

TABELA PRZEGLĄ_kDOWA STANÓW | PRZELICZANIA

DLA PICTKSTnAT.TNTWA |28 ^=100-¹ S

WEKTOROWA ' PĘTLA

FAZOWA ¹ Ids ^J1qs max(e₁*e2*)

Vdc SYGNAŁY BRAMKOWĘ

DLA PRZEKSZTAŁTNIKA 28

Xci'

UKŁAD OBLICZANIA

WIELKOŚCI , IWFKTÓRA I

*ids

UKŁAD ROZKŁADANIA WEKTORA-J.

>ho Wb Ahc

’lqs | ó P12*

Z₂SR₂ ^,2+Xc2‘²

Ą-ton _R2r«

1®2 ‘2

WEKTOROWA

FAZOWA 2 | 72^¹'2ds

Ó kF,

UKŁAD OBLICZANIA WIELKOŚCI ΜΡΧΤΩΡΛ 9

UKŁAD

ROZKŁADANIA

WEKTORA 2 ?2a A'2b '2ds ’2qs

181 367

FIG. 7

181 367

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób sterowania przepływem mocy w systemie przesyłania energii elektrycznej zawierającym co najmniej dwie linie przesyłowe energii elektrycznej, z których każda ma dwa końce i przesyła prąd przemienny o wybranym napięciu linii i częstotliwości podstawowej pomiędzy tymi końcami, znamienny tym, że łączy się linie przesyłowe poprzez przetwornik i generuje się w przetworniku co najmniej dwa napięcia przemienne o częstotliwości podstawowej prądów przemiennych płynących w liniach przesyłowych o zmiennej wielkości i sterowanym kącie fazowym względem prądu linii przesyłowej, po czym łączy się szeregowo każde napięcie przemienne wygenerowane przez przetwornik z jedną z linii przesyłowych oraz steruje się wielkością i fazą każdego napięcia przemiennego generowanego przez przetwornik.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w trakcie sterowania wielkością i fazą każdego napięcia przemiennego generowanego przez przetwornik steruje się ilością mocy czynnej przenoszoną indywidualnie pomiędzy liniami przesyłowymi poprzez przetwornik.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do przetwornika dołącza się źródło zasilania.
4. Sterownik przepływu mocy w systemie przesyłania energii elektrycznej zawierającym co najmniej dwie linie przesyłowe energii elektrycznej, z których każda ma dwa końce i przesyła prąd przemienny o wybranym napięciu linii i częstotliwości podstawowej pomiędzy tymi końcami, znamienny tym, że zawiera, włączony między linie przesyłowe (12, 14), przetwornik (24) generujący co najmniej dwa napięcia przemienne o częstotliwości podstawowej prądów przemiennych płynących w liniach przesyłowych (12, 14) o zmiennej wielkości i sterowanym kącie fazowym względem prądu linii przesyłowej, pierwszy i drugi transformatory (Tri, Tr2) łączące szeregowo każde napięcie przemienne wygenerowane przez przetwornik (24) z jedną z linii przesyłowych (12, 14), oraz układ sterujący (32) wielkością i fazą każdego napięcia przemiennego generowanego przez przetwornik (24).
5. Sterownik według zastrz. 3, znamienny tym, że przetwornik (24) zawiera co najmniej dwa przekształtniki (26, 28) prądu stałego na prąd przemienny połączone poprzez łącze prądu stałego (30).
6. Sterownik według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera źródło zasilania (62) podłączone do łącza prądu stałego (30).
7. Sterownik według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera urządzenie magazynowania energii (62) podłączone do łącza prądu stałego (30).
8. Sterownik według zastrz. 1, znamienny tym, że przetwornik (24) zawiera co najmniej dwa przekształtniki rezonansowe (26, 28) z końcówkami wejściowymi podłączonymi poprzez łącze rezonansowe.
9. Sterownik według zastrz. 1, znamienny tym, że przetwornik (24) zawiera co najmniej jeden przetwornik prądu przemiennego na prąd przemienny.
10. Sterownik według zastrz. 1, znamienny tym, że przetwornik (24) zawiera co najmniej dwa przetworniki prądu przemiennego na prąd przemienny, których końcówki prądu przemiennego są podłączone do łącza prądu przemiennego.
11. Sterownik według zastrz. 7, znamienny tym, że zawiera źródło zasilania (62) prądu przemiennego podłączone do łącza prądu przemiennego.

181 367