RU2631973C1

RU2631973C1 - Method for controlling phase-shifting device

Info

Publication number: RU2631973C1
Application number: RU2016145990A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Иванович Панфилов; Михаил Георгиевич Асташев; Александр Николаевич Рожков; Павел Ахматович Рашитов; Дмитрий Андреевич Серегин
Original assignee: Акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского"
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2017-09-29

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in the method for controlling the phase-shifting device by stepwise change in its state using its final state setting, selecting an allowable sequence of stepwise switching which satisfies the specified limits for the output voltage value, measuring the currents of the phase-shifting device, realizing the predetermined sequence of controlling the thyristor switch of the phase-shifting device, the voltages are measured at the phase-shifting device and according to the measured currents and voltages of the phase-shifting device, the equivalent parameters of the electric transmission line are calculated with respect to the nodes to which the phase-shifting device is connected, for additional adaptation of the switching routes in real time and control of the switching sequence of the phase-shifting device.

EFFECT: increasing the speed, accuracy of control and reliability of the power system operation.

1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к управлению фазоповоротными устройствами (ФПУ). ФПУ представляет собой высоковольтный электротехнический комплекс для изменения фазы напряжения, включаемый последовательно в линию электропередачи (ЛЭП). ФПУ могут использоваться в электрических сетях с напряжением 110…1150 кВ для гибкого регулирования потоков активной и реактивной мощности, повышения пропускной способности существующих линий и повышения динамической устойчивости энергетической системы за счет ступенчатого регулирования модуля и фазы напряжения на выходе ФПУ.The invention relates to the field of electrical engineering and electric power industry, in particular to the management of phase-shifting devices (FPU). FPU is a high-voltage electrotechnical complex for changing the phase of the voltage, which is included in series in the power line (power transmission line). FPUs can be used in electric networks with a voltage of 110 ... 1150 kV for flexible regulation of active and reactive power flows, increasing the capacity of existing lines and increasing the dynamic stability of the energy system due to step-by-step regulation of the module and voltage phase at the output of the FPU.

Уровень техникиState of the art

ФПУ известны и имеют в своем составе два трансформатора: сериесный и шунтовой, а также коммутатор обмоток трансформаторов, выполненный, например, на тиристорах, и включенный между шунтовым и сериесным трансформатором [см., например, пат. RU 106060]. Каждая фаза тиристорного коммутатора содержит ряд последовательно соединенных тиристорных мостов. Тиристорный мост состоит из четырех двунаправленных тиристорных ключей, осуществляющих коммутацию (подключение в прямой либо обратной полярности или отключение) вторичной обмотки шунтового трансформатора, которая включена в диагональ моста (далее - шунтовая обмотка). Вторичные обмотки сериесного трансформатора включаются в рассечку фаз линии электропередачи, и вносимые ими напряжения и фазовые сдвиги, в зависимости от управляющего воздействия, могут принимать конечное число значений, называемых состояниями ФПУ и определяемых количеством и полярностью шунтовых обмоток, введенных в первичную цепь сериесного трансформатора с помощью тиристорного коммутатора. Каждому управляющему воздействию соответствует определенное подключение шунтовых обмоток и определенный набор состояний ключей мостов тиристорного коммутатора. Следовательно, каждому управляющему воздействию соответствует определенное значение выходного тока ФПУ. Взаимосвязь между исходным состоянием ФПУ и конечным состоянием, определяемым величиной требуемого выходного тока, определяется маршрутом переключения. Переход от ранее заданного начального состояния ФПУ к вновь задаваемому конечному состоянию может осуществляться как сразу (за один этап), так и через промежуточные состояния (за несколько этапов). В общем случае такой переход является поэтапным с числом этапов 1 и более и обеспечивается соответствующей поэтапной коммутацией шунтовых обмоток тиристорными мостами. Последовательность переключений между состояниями, которую проходит ФПУ при переходе от исходного состояния к конечному, называется последовательностью поэтапного переключения. Каждая последовательность поэтапного переключения характеризуется начальным состоянием ключей мостов тиристорного коммутатора, конечным состоянием и некоторым количеством промежуточных состояний. Изменение управляющего воздействия ФПУ, включенного в ЛЭП, приводит к изменению не только состояния самого ФПУ, но и к изменению параметров режима энергосистемы.FPUs are known and incorporate two transformers: serial and shunt, as well as a transformer winding switch, made, for example, on thyristors, and connected between a shunt and serial transformer [see, for example, US Pat. RU 106060]. Each thyristor switch phase contains a series of thyristor bridges connected in series. The thyristor bridge consists of four bi-directional thyristor keys that carry out the switching (connecting in direct or reverse polarity or disconnecting) the secondary winding of the shunt transformer, which is included in the diagonal of the bridge (hereinafter - the shunt winding). The secondary windings of the series transformer are included in the phase separation of the power line, and the voltages and phase shifts introduced by them, depending on the control action, can take a finite number of values, called FPU states and determined by the number and polarity of the shunt windings introduced into the primary circuit of the series transformer using thyristor switch. Each control action corresponds to a specific connection of shunt windings and a specific set of key states of the thyristor switch bridges. Therefore, each control action corresponds to a certain value of the output current of the FPU. The relationship between the initial state of the FPU and the final state, determined by the magnitude of the required output current, is determined by the switching route. The transition from the previously specified initial state of the FPU to the newly defined final state can be carried out both immediately (in one stage) and through intermediate states (in several stages). In the general case, such a transition is phased with the number of stages 1 or more and is provided by the corresponding phased switching of shunt windings with thyristor bridges. The sequence of switching between states that the FPU goes through during the transition from the initial state to the final state is called a stepwise switching sequence. Each phase switching sequence is characterized by the initial state of the thyristor switch bridge keys, the final state, and a number of intermediate states. A change in the control action of the FPU included in the power transmission line leads to a change not only in the state of the FPU itself, but also to a change in the parameters of the power system mode.

Известен способ управления ФПУ, по которому задают конечное состояние тиристорного коммутатора, вводят ограничения на поэтапное переключение тиристорного коммутатора из текущего состояния в заданное конечное, выбирают допустимую последовательность поэтапного переключения, удовлетворяющую заданным ограничениям, по меньшей мере на величину выходного напряжения фазоповоротного устройства в процессе поэтапной коммутации, измеряют токи тиристорного коммутатора и выполняют его поэтапное переключение в соответствии с выбранной последовательностью, снимают импульсы управления со всех тиристоров одной переключаемой фазы тиристорного коммутатора, фиксируют наличие нулевого тока в переключаемой фазе тиристорного коммутатора в течение временного интервала, длительность которого превышает время восстановления тиристоров, подают импульсы управления на включение тиристоров этой фазы в новое, согласно выбранной последовательности, состояние и проводят последовательное переключение каждой следующей фазы тиристорного коммутатора до окончания процесса переключения всех фаз тиристорного коммутатора в заданное конечное состояние [пат. RU 2577190].A known control method of FPU, which sets the final state of the thyristor switch, imposes restrictions on the phased switching of the thyristor switch from the current state to the specified final one, selects the admissible phased switching sequence that satisfies the given restrictions, at least by the value of the output voltage of the phase-shifting device during phased switching , measure the currents of the thyristor switch and perform its phased switching in accordance with the selected last The control pulses are removed from all thyristors of one switched phase of the thyristor switch, the presence of zero current in the switched phase of the thyristor switch is recorded for a time interval longer than the recovery time of the thyristors, control pulses are applied to turn on the thyristors of this phase to a new one, according to the selected sequence, state and conduct sequential switching of each subsequent phase of the thyristor switch until the end of the switching process ex phases of the thyristor switch to a given final state [US Pat. RU 2577190].

Недостаток прототипа - малое быстродействие, малая точность управления ФПУ, существенное возмущающее воздействие на энергосистему. Управление ФПУ по способу-прототипу не подразумевает коррекции маршрутов переключения ФПУ в соответствии с возможным изменением состояния энергосистемы, следствием чего является усложнение алгоритма смены состояния ФПУ, что приводит к необходимости формирования частых управляющих воздействий на ФПУ для достижения требуемого режима работы энергосистемы, что в свою очередь уменьшает быстродействие, точность и отрицательно влияет на надежность работы энергосистемы.The disadvantage of the prototype is the low speed, low accuracy of the FPU control, a significant disturbing effect on the power system. The control of the FPU according to the prototype method does not imply the correction of the switch paths of the FPU in accordance with a possible change in the state of the power system, which results in the complication of the algorithm for changing the state of the FPU, which leads to the need for frequent control actions on the FPU to achieve the desired operating mode of the power system, which in turn reduces speed, accuracy and negatively affects the reliability of the power system.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение быстродействия, точности управления ФПУ и надежности работы энергосистемы за счет коррекции маршрутов переключения ФПУ, использующее вычисление актуальных параметров режима энергосистемы на момент осуществления управления.The technical result, to which the proposed technical solution is directed, is to increase the speed, accuracy of control of the FPU and the reliability of the power system by correcting the switching routes of the FPU, using the calculation of the current parameters of the power system at the time of control.

Технический результат достигается тем, что в способе управления фазоповоротным устройством путем поэтапного изменения его состояния, использующем задание его конечного состояния, выбор допустимой последовательности поэтапного переключения, удовлетворяющей заданным ограничениям на величину выходного напряжения, измерение токов фазоповоротного устройства, реализацию заданной последовательности управления тиристорным коммутатором фазоповоротного устройства, измеряют напряжения на фазоповоротном устройстве и по измеренным токам и напряжениям фазоповоротного устройства вычисляют эквивалентные параметры линии электропередачи относительно узлов, к которым подключено фазоповоротное устройство, для дополнительной адаптации в реальном времени маршрутов переключения и управления последовательностью переключения фазоповоротного устройства.The technical result is achieved by the fact that in the method of controlling a phase-shifting device by phasing changing its state using the task of its final state, selecting an admissible sequence of phased switching satisfying the given restrictions on the magnitude of the output voltage, measuring the currents of the phase-shifting device, implementing the given sequence of controlling the thyristor switch of the phase-shifting device measure the voltage on the phase-shifting device and the measured currents and the voltages of the phase-shifting device, the equivalent parameters of the power line are calculated relative to the nodes to which the phase-shifting device is connected, for additional adaptation in real time of switching routes and controlling the switching sequence of the phase-shifting device.

Краткое описание фигурBrief Description of the Figures

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом фиг. 1, где изображена структура устройства, реализующего способ управления фазоповоротным устройством.The essence of the proposed invention is illustrated by the drawing of FIG. 1, which shows the structure of a device that implements a method of controlling a phase-shifting device.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Фиг. 1 содержит одиннадцать функциональных блоков.FIG. 1 contains eleven functional blocks.

Блок 1 выбора последовательности переключения своим первым входом подключен к выходу блока 2 задания требуемого состояния фазоповоротного устройства, вторым входом - к выходу блока 3 задания характеристик последовательности переключения, третьим входом - к первому выходу блока 4 управления тиристорным коммутатором. Первый выход блока 1 выбора последовательности переключения подключен к первому входу блока 4 управления тиристорным коммутатором, при этом второй выход блока 4 подключен к входу тиристорного коммутатора 5. В составе тиристорного коммутатора 5 находится блок 6 датчиков тока. Три выхода блока 6 подключены к первому, второму и третьему входам блока 7 слежения за током. К четвертому и пятому входам блока 7 подключены выход блока 8 данных о параметрах силовых компонентов фазоповоротного устройства и третий выход блока 4 управления тиристорным коммутатором. Первый выход блока 7 слежения за током подключен к пятому входу блока 1 выбора последовательности переключения. Второй выход блока 7 слежения за током подключен ко второму входу блока 4 управления тиристорным коммутатором. Входы блоков 2 и 3 подключены к первому и второму выходам блока 9 автоматического управления током ЛЭП соответственно. В составе тиристорного коммутатора 5 находится блок 10 датчиков напряжения. Три выхода блока 10 подключены к второму, третьему и четвертому входам блока 11 коррекции маршрутов переключения. К пятому, шестому и седьмому входам блока 11 подключены первый, второй, третий выходы блока 6 датчиков тока соответственно. К первому входу блока 11 коррекции маршрутов переключения подключен второй выход блока 1 выбора последовательности переключения, а выход блока 11 подключен к четвертому входу блока 1.Block 1 of the selection of the switching sequence with its first input is connected to the output of block 2 for setting the required state of the phase-shifting device, the second input is for the output of block 3 for specifying the characteristics of the switching sequence, and the third input is for the first output of block 4 for controlling the thyristor switch. The first output of the switching sequence selection unit 1 is connected to the first input of the thyristor switch control unit 4, while the second output of block 4 is connected to the input of the thyristor switch 5. The thyristor switch 5 contains a block 6 of current sensors. Three outputs of block 6 are connected to the first, second, and third inputs of block 7 for tracking current. To the fourth and fifth inputs of block 7 are connected the output of block 8 of data on the parameters of the power components of the phase-shifting device and the third output of block 4 of the thyristor switch control. The first output of the current monitoring unit 7 is connected to the fifth input of the switching sequence selection unit 1. The second output of the current tracking unit 7 is connected to the second input of the thyristor switch control unit 4. The inputs of blocks 2 and 3 are connected to the first and second outputs of block 9 of automatic power line current control, respectively. The thyristor switch 5 contains a block 10 of voltage sensors. Three outputs of block 10 are connected to the second, third and fourth inputs of block 11 correction of switching routes. The fifth, sixth and seventh inputs of block 11 are connected to the first, second, third outputs of block 6 of the current sensors, respectively. The second output of the switching sequence selection unit 1 is connected to the first input of the switching route correction block 11, and the output of block 11 is connected to the fourth input of the block 1.

Заявляемый способ управления осуществляется следующим образом.The inventive control method is as follows.

Управление ФПУ обеспечивает его переходы из состояния, называемого начальным, с одними фазовым сдвигом, в другое, задаваемое блоком 9 автоматического управления током ЛЭП состояние, называемое конечным, с другим значением фазового сдвига, вносимого ФПУ. Изменение фазового сдвига ФПУ обеспечивается изменением состава и полярности последовательного включения шунтовых обмоток в каждой фазе тиристорного коммутатора 5 за счет соответствующих переключений тиристорных мостов коммутатора 5.The control of the FPU ensures its transitions from a state called the initial one with one phase shift to another, defined by the automatic power control unit 9 of the power transmission line, called the final state, with a different value of the phase shift introduced by the FPU. The change in the phase shift of the FPU is provided by a change in the composition and polarity of the series connection of the shunt windings in each phase of the thyristor switch 5 due to the corresponding switching of the thyristor bridges of the switch 5.

В исходном положении блок 4 вырабатывает импульсы управления тиристорным коммутатором 5, поддерживающие ранее заданное блоком 2 требуемое состояние тиристорных мостов коммутатора 5. При этом блок 1 выбора последовательности переключения постоянно следит за входом, на который поступает сигнал о задаваемом (с выхода блока 2) состоянии ФПУ, и в случае его отличия от предыдущего значения начинается очередной процесс переключения.In the initial position, block 4 generates control pulses of the thyristor switch 5, supporting the required state of the thyristor bridges of switch 5 previously set by block 2. In this case, the switching sequence selection block 1 constantly monitors the input to which the FPU is being set (from the output of block 2) , and if it differs from the previous value, the next switching process begins.

В ходе этого процесса блок выбора последовательности переключения 1, используя информацию, поступающую с блоков 2 и 3, заданную в свою очередь с блока 9 автоматического управления током ЛЭП, а также используя актуальную информацию о параметрах режима энергосистемы, поступающую с блока 11 коррекции маршрутов переключения, выбирает последовательность, удовлетворяющую заданным ограничениям, в число которых обязательно входит ограничение величины выходных напряжений ФПУ в процессе поэтапной коммутации обмоток. После выбора последовательности блок 1 формирует допустимые промежуточные состояния ФПУ, которые обеспечивают переход из начального состояния во вновь заданное конечное, а блок 4 вырабатывает сигналы управления тиристорами коммутатора 5, которые обеспечивают реализацию выбранной последовательности переключений в реальном времени.During this process, the switching sequence selection block 1, using the information coming from blocks 2 and 3, set in turn from the power line automatic control block 9, and also using the current information about the power system mode parameters coming from the switching route correction block 11, selects a sequence that satisfies the given constraints, which necessarily includes limiting the magnitude of the output voltages of the FPU during the phased switching of the windings. After selecting a sequence, block 1 generates valid intermediate states of the FPU, which provide a transition from the initial state to the newly defined final state, and block 4 generates control signals for the thyristors of switch 5, which provide the implementation of the selected switching sequence in real time.

Блок 9 автоматического управления током ЛЭП, через блок 3 задания характеристик последовательности переключения, может задавать блоку 1 дополнительные ограничения, например, на число переключений шунтовых обмоток, на число переключений тиристоров, на суммарно накопленный фазовый сдвиг при поэтапной коммутации ФПУ.Block 9 of the automatic control of the power transmission line current, through block 3 specifying the characteristics of the switching sequence, can set block 1 additional restrictions, for example, on the number of switching shunt windings, the number of switching thyristors, the total accumulated phase shift during phased switching of the FPU.

Безаварийная смена состояния ФПУ подразумевает в том числе и безаварийную смену состояний мостов тиристорного коммутатора 5, для чего необходима реализация слежения за токами мостов коммутатора 5. Задачу слежения за токами мостов коммутатора 5 осуществляет блок 7 на основе информации, поступающей с блока 6 датчиков тока и блока 8 данных о параметрах силовых компонентов фазоповоротного устройства. В функции блока 7 слежения за током входит еще и задача оценки достижения требуемого тока ЛЭП, который был задан блоком 9 автоматического управления током ЛЭП в блок 2 задания требуемого состояния фазоповоротного устройства. В случае достижения требуемого тока ЛЭП смена состояния прекращается, в противном случае смены состояний продолжаются до достижения требуемого результата, либо до достижения крайнего состояния ФПУ.The fail-safe change of state of the FPU implies, among other things, the trouble-free change of state of the bridges of the thyristor switch 5, for which it is necessary to monitor the currents of the bridges of the switch 5. The task of monitoring the currents of the bridges of the switch 5 is carried out by block 7 based on the information received from block 6 of current sensors and 8 data on the parameters of the power components of the phase-shifting device. The function of the unit 7 for monitoring the current also includes the task of assessing the achievement of the required power line current, which was set by the automatic power line control unit 9 in the unit 2 for setting the required state of the phase-shifting device. If the required power line current is reached, the state change stops, otherwise the state changes continue until the desired result is achieved, or until the extreme state of the FPU is reached.

В отличие от прототипа предлагаемый способ управления позволяет производить коррекцию маршрутов переключения ФПУ в зависимости от параметров режима энергосистемы. Под параметрами режима энергосистемы подразумеваются эквивалентные параметры линии электропередачи относительно узлов, к которым подключено ФПУ, рассчитываемые в блоке 11, на основе измеренных значений токов и напряжений, поступающих с блоков 6 датчиков тока и 10 датчиков напряжения соответственно при различных состояниях ФПУ.In contrast to the prototype, the proposed control method allows for correction of FPU switching routes depending on the parameters of the power system mode. The parameters of the power system mode mean the equivalent parameters of the power line relative to the nodes to which the FPU is connected, calculated in block 11, based on the measured values of currents and voltages coming from blocks of 6 current sensors and 10 voltage sensors, respectively, for different states of the FPU.

Изменения режима энергосистемы, например, связанные с изменением нагрузок, подключенных к узлам линии электропередачи с установленным ФПУ, приведут к изменению режима работы линии электропередачи (при том же самом управляющем воздействии на ФПУ). Корректировка маршрутов переключения в блоке 11, использующая актуальную информацию о параметрах режима энергосистемы, позволит адаптировать управление ФПУ, реализуемое в блоке 1, к изменениям параметров режима энергосистемы, что приведет к увеличению быстродействия и точности управления ФПУ, а также повышению надежности работы энергосистемы.Changes in the power system mode, for example, associated with changes in the loads connected to the nodes of the power line with the installed FPU, will lead to a change in the mode of operation of the power line (with the same control effect on the FPU). Correction of switching routes in block 11, using up-to-date information about the parameters of the power system mode, will allow adapting the control of the FPU implemented in block 1 to changes in the parameters of the power system, which will increase the speed and accuracy of control of the FPU, as well as increase the reliability of the power system.

Таким образом, осуществление совокупности признаков заявляемого способа управления ФПУ обеспечивает достижение указанного технического результата.Thus, the implementation of the totality of the features of the proposed method of controlling the FPU ensures the achievement of the specified technical result.

Claims

A method of controlling a phase-shifting device by phasing changing its state using the task of its final state, selecting an admissible phased switching sequence satisfying the given restrictions on the magnitude of the output voltage, measuring the currents of a phase-shifting device, implementing a given sequence of controlling a thyristor switch of a phase-shifting device, characterized in that the voltages are measured phase shifting device and measured currents and voltages phase shifting deleterious device equivalent parameters are calculated with respect to the transmission line node is connected to which phase rotation device for further adaptation in real-time routing switch and controlling the switching sequence of phase rotation unit.