RU2776278C1

RU2776278C1 - Method for symmetring the operation mode of a four-wire electrical transmission line

Info

Publication number: RU2776278C1
Application number: RU2022101509A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Иванович Панфилов; Михаил Георгиевич Асташов; Андрей Валерьевич Часов
Original assignee: Дмитрий Иванович Панфилов; Михаил Георгиевич Асташов; Андрей Валерьевич Часов
Filing date: 2022-01-24
Publication date: 2022-07-15

Abstract

FIELD: electric power industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electric power industry. The method is implemented by a control device, which is connected by input terminals to the phases of the power line. According to the method, the required mode of operation of the power line is set, the currents and voltages in the load phases are measured, and the necessary control actions on the control device are calculated and set. The control device includes a power regulator, which is connected to the phases of the power line, and three independent controlled reactive power compensators, which are connected in parallel to the load phases. The control action on the power controller is calculated and set on the basis of the measured values of the active powers of the load phases, and the values of the reactive powers of three independent controllable reactive power compensators are calculated and set on the basis of the measured reactive powers of the load phases, the reactive powers of the power controller phases and the given values of the reactive powers in the line power transmission.

EFFECT: expanding the functionality of the method for controlling the mode of operation of the power line, allowing you to control the modes of operation of four-wire power lines operating on an asymmetric load.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в устройствах поперечной компенсации с целью уменьшения потерь электрической энергии, регулирования напряжения в местах установки данных устройств в линию электропередачи (ЛЭП), а также для обеспечения симметрирования режима работы трехфазных четырехпроводных ЛЭП при несимметричной трехфазной нагрузке. The invention relates to the field of electric power industry and can be used in transverse compensation devices in order to reduce electrical energy losses, regulate voltage at the installation sites of these devices in a power transmission line (TL), as well as to ensure the balancing of the operation mode of three-phase four-wire power lines with an unbalanced three-phase load.

Известен способ управления режимом работы ЛЭП, реализуемый устройством управления, построенным на основе реактивных элементов и транзисторного преобразователя, подключаемого своими зажимами к фазам ЛЭП и нейтральному проводу, формирующего токи в ЛЭП с помощью широтно-импульсной модуляции, включающий задание требуемого режима работы ЛЭП. (патент RU на изобретение №155594, опубл. 10.10.15 г.). Способ позволяет управлять токами в фазах четырехпроводной ЛЭП при различных трехфазных несимметричных нагрузках. Недостатком данного способа является наличие высокочастотных гармоник в гармоническом составе токов устройства управления при управлении режимом работы ЛЭП, что требует установки в структуру устройства управления дополнительного схемотехничесого решения в виде сглаживающего фильтра.There is a known method for controlling the operating mode of a power transmission line, implemented by a control device built on the basis of reactive elements and a transistor converter connected by its terminals to the phases of the power transmission line and a neutral wire, which generates currents in the power transmission line using pulse width modulation, including setting the required operating mode of the power transmission line. (RU patent for invention No. 155594, published on 10.10.15). The method makes it possible to control currents in the phases of a four-wire transmission line at various three-phase unbalanced loads. The disadvantage of this method is the presence of high-frequency harmonics in the harmonic composition of the currents of the control device when controlling the operating mode of the power transmission line, which requires the installation of an additional circuit solution in the form of a smoothing filter in the structure of the control device.

Наиболее близким прототипом к заявляемому способу управления является способ, использующий схему Штейнмеца (в качестве устройства управления), построенную на основе двух реактивных элементов, позволяющий преобразовывать однофазную или двухфазную нагрузку в симметричную трехфазную нагрузку, подключаемую к трехпроводной трехфазной ЛЭП. Способ и устройство позволяет симметрировать и одновременно компенсировать реактивную мощность в трехфазной ЛЭП за счет вычисления и задания значений сопротивлений управляемых реактивных элементов. (В.П. Закарюкин, А.В. Крюков, «Трехфазно-однофазные системы электроснабжения с преобразователями Штейнмеца», «Современные технологии. Системный анализ. Моделирование» №3 (59), 2018, стр. 98-107, Иркутский государственный университет сообщения). Устройство управления подключается своими входными зажимами к трехпроводной ЛЭП, а выходными зажимами к однофазной или двухфазной нагрузке. Реализация способа управления режимами работы трехпроводных ЛЭП основывается на измерении токов и напряжения в однофазных или двухфазных нагрузках, вычислении и задании, на основе измерений требуемых значений, параметров реактивных элементов, обеспечивающих симметрирование и компенсацию реактивных мощностей в трехпроводных ЛЭП.The closest prototype to the claimed control method is a method using a Steinmetz circuit (as a control device) built on the basis of two reactive elements, which allows converting a single-phase or two-phase load into a symmetrical three-phase load connected to a three-wire three-phase power transmission line. The method and device allows balancing and simultaneously compensating reactive power in a three-phase transmission line by calculating and setting the resistance values of controlled reactive elements. (V.P. Zakaryukin, A.V. Kryukov, “Three-phase-single-phase power supply systems with Steinmetz converters”, “Modern technologies. System analysis. Modeling” No. 3 (59), 2018, pp. 98-107, Irkutsk State University messages). The control device is connected by its input terminals to a three-wire power line, and by its output terminals to a single-phase or two-phase load. The implementation of the method for controlling the operating modes of three-wire transmission lines is based on measuring currents and voltages in single-phase or two-phase loads, calculating and setting, based on measurements of the required values, parameters of reactive elements that provide balancing and compensation of reactive powers in three-wire transmission lines.

Недостатком способа и устройства прототипа является ограниченные функциональные возможности, так как устройство может быть применено только для однофазных или двухфазных нагрузок и только в трехфазных трехпроводных ЛЭП.The disadvantage of the prototype method and device is limited functionality, since the device can only be used for single-phase or two-phase loads and only in three-phase three-wire power lines.

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа управления режимом работы ЛЭП для случая, когда нагрузка представляет из себя несимметричную трехфазную нагрузку, подключенную к четырехпроводной ЛЭП. При этом, в зависимости от требований, заявляемый способ позволяет обеспечивать как симметрирование режима работы четырехпроводной ЛЭП, так и одновременно компенсацию реактивной мощности с помощью устройства управления.The technical result of the claimed invention is the expansion of the functionality of the method for controlling the operation mode of power lines for the case when the load is an unbalanced three-phase load connected to a four-wire power line. At the same time, depending on the requirements, the proposed method allows both balancing the operation mode of a four-wire transmission line and simultaneously reactive power compensation using a control device.

Предметом изобретения является способ симметрирования режима работы четырехпроводной линии электропередачи, реализуемый устройством управления, подключаемым своими входными зажимами к фазам линии электропередачи, включающий задание требуемого режима работы линии электропередачи, измерение токов и напряжений в фазах нагрузки, вычисление и задание необходимых управляющих воздействий на устройство управления, при котором в составе устройства управления используют регулятор мощности, который подключают к фазам линии электропередачи, и три независимых управляемых компенсатора реактивной мощности, которые подключают параллельно фазам нагрузки, при этом управляющее воздействие на регулятор мощности, вычисляют и задают на основе измеренных значений активных мощностей фаз нагрузки, а значения реактивных мощностей трех независимых управляемых компенсаторов реактивной мощности вычисляют и задают на основе измеренных реактивных мощностей фаз нагрузки, реактивных мощностей фаз регулятора мощности и заданных значений реактивных мощностей в линии электропередачи.The subject of the invention is a method for balancing the mode of operation of a four-wire power line, implemented by a control device connected by its input terminals to the phases of the power line, including setting the required mode of operation of the power line, measuring currents and voltages in the load phases, calculating and setting the necessary control actions on the control device, in which the power controller is used as part of the control device, which is connected to the phases of the power line, and three independent controlled reactive power compensators, which are connected in parallel to the load phases, while the control action on the power controller is calculated and set based on the measured values of the active powers of the load phases , and the values of the reactive powers of three independent controlled reactive power compensators are calculated and set on the basis of the measured reactive powers of the load phases, the reactive powers of the power controller phases and set values of reactive powers in the transmission line.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема подключения устройства к трехфазной четырехпроводной ЛЭП, реализующего способ управления режимом работы ЛЭП (далее устройство управления). Упрощенная внутренняя структура устройства управления включает в себя регулятор мощности, состоящий из трансформатора с регулируемым коэффициентом трансформации и управляемого реактивного элемента, трех независимых управляемых компенсаторов реактивной мощности, построенных на основе управляемых реактивных элементов и подключенных соответственно к каждой из фаз нагрузки. На фиг. 2 приведены результаты моделирования в среде LTspice симметрирования режима работы ЛЭП с помощью устройства управления для конкретного приведенного примера несимметричной нагрузки. На фиг. 3 приведены результаты моделирования в среде LTspice симметрирования и полной компенсации компенсации реактивных мощностей в ЛЭП для того же приведенного примера несимметричной нагрузки с помощью устройства управления.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a diagram of connecting the device to a three-phase four-wire transmission line, which implements a method for controlling the operating mode of the transmission line (hereinafter referred to as the control device). The simplified internal structure of the control device includes a power regulator consisting of a transformer with an adjustable transformation ratio and a controlled reactive element, three independent controlled reactive power compensators built on the basis of controlled reactive elements and connected respectively to each of the load phases. In FIG. Figure 2 shows the results of modeling in the LTspice environment of balancing the operation mode of a power transmission line using a control device for a specific example of an asymmetric load. In FIG. Figure 3 shows the results of modeling in the LTspice environment of balancing and full compensation of reactive power compensation in power lines for the same example of an unbalanced load using a control device.

Линия электропередачи, представленная на фиг. 1, сформирована тремя фазными генераторами 1, 2, 3, образующими симметричную систему напряжений фаз А, В, С четырехпроводной ЛЭП. Трехфазная несимметричная нагрузка представлена в соответствующих фазах сопротивлениями 4, 5, 6. Датчики токов в фазах линии электропередачи 7, 8, 9 предназначены для измерения токов I_na, I_nb, I_nc в соответствующих фазах нагрузки. Датчики напряжения 10, 11 измеряют линейные напряжения линии электропередачи. Устройство управления 12 включает в себя систему управления 13, входы которой соединены с выходами датчиков тока нагрузки 7, 8, 9 и выходами датчиков напряжения 10 и 11. Блок 14 представляет силовую схему регулятора мощности в составе устройства управления 12. Блок 14 построен на основе трансформатора 15 с регулиремым коэффициентом трансформации и управляемого реактивного элемента 16. Первичная обмотка трансформатора 15 с регулируемым коэффициентом трансформации подключается своими выходными зажимами к фазе В и С линии электропередачи, а его вторичная обмотка подключается одним выходным зажимом к фазе А, а другим через последовательно соединенный управляемый реактивный элемент 16 к нейтральному проводу. Управляющие входы трансформатора 15 с регулируенмым коэффициентом трансформации и управляемого реактивного элемента 16 соеденены с соответствующими выходами блока системы управления 13 устройства управления 12. Каждый из независимых управляемых компенсаторов реактивной мощности, представляет собой независимый управляемый реактивный элемент 17, 18 и 19, один выходной зажим которого подключается к нейтральному проводу, а второй выходной зажим подключается к фазам А, В и С соответственно. Управляющие входы независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19 подключены к соотвествующим управляющим выходам блока системы управления 13 устройства управления 12.The transmission line shown in Fig. 1 is formed by three phase generators 1, 2, 3, forming a symmetrical voltage system of phases A, B, C of a four-wire transmission line. A three-phase unbalanced load is represented in the respective phases by resistances 4, 5, 6. Current sensors in the phases of the power line 7, 8, 9 are designed to measure currents I _na , I _nb , I _nc in the corresponding load phases. The voltage sensors 10, 11 measure the line voltage of the power line. The control device 12 includes a control system 13, the inputs of which are connected to the outputs of the load current sensors 7, 8, 9 and the outputs of the voltage sensors 10 and 11. Block 14 represents the power circuit of the power regulator as part of the control device 12. Block 14 is built on the basis of a transformer 15 with an adjustable transformation ratio and a controlled reactive element 16. The primary winding of the transformer 15 with an adjustable transformation ratio is connected by its output terminals to phase B and C of the power line, and its secondary winding is connected by one output terminal to phase A, and by the other through a series-connected controlled reactive element 16 to the neutral wire. The control inputs of the transformer 15 with an adjustable transformation ratio and the controlled reactive element 16 are connected to the corresponding outputs of the control system unit 13 of the control device 12. Each of the independent controlled reactive power compensators is an independent controlled reactive element 17, 18 and 19, one output terminal of which is connected to the neutral wire, and the second output terminal is connected to phases A, B and C, respectively. The control inputs of the independent controlled reactive elements 17, 18, 19 are connected to the corresponding control outputs of the control system unit 13 of the control device 12.

Способ управления работает следующим образом. При несимметричной нагрузке 4, 5, 6, токи I_na, I_nb, I_nc в фазах А, В, С ЛЭП (фиг.1) представляют из себя несимметричную систему токов, которую, используя метод симметричных составляющих, можно разложить на три симметричные составляющие токов: токи нулевой, прямой и обратной последовательностей. Устройство управления 12, подключенное своими входными зажимами к фазам А, В, С ЛЭП и к нейтральному проводу, формирует на своих выходных зажимах соответствующую несимметричную систему токов I_zk, I_pk регулятора мощности 14 и несимметричную систему токов I_pa, I_pb, I_pc независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19, которые в сумме также могут быть представленны виде симметричных систем токов нулевой, прямой и обратной последовательностей.The control method works as follows. With an asymmetric load 4, 5, 6, the currents I _na , I _nb , I _nc in phases A, B, C of the power transmission line (figure 1) are an asymmetric system of currents, which, using the method of symmetrical components, can be decomposed into three symmetrical components of currents: currents of zero, positive and negative sequences. The control device 12, connected by its input terminals to the phases A, B, C of the power line and to the neutral wire, forms at its output terminals the corresponding asymmetric system of currents I _zk , I _pk of the power controller 14 and an asymmetric system of currents I _pa , I _pb , I _pc independent controlled reactive elements 17, 18, 19, which in total can also be represented as symmetrical systems of currents of zero, positive and negative sequences.

Заявляемый способ предполагает формирование и управление суммарной системой токов I_pa, I_pb, I_pc, I_zk, I_pk на выходных зажимах устройства управления 12 путем управления значением коэффициента трансформации трансформатора 15 с регулируемым коэффициентом трансформации, значением сопротивления управляемого реактивного элемента 16 в составе регулятора мощности 14 и значениями сопротивлений независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19. Значения коэффициента трансформации и реактивных элементов устройства управления 12 определяются в блоке системы управления 13 путем измерения токов и напряжений в фазах нагрузки 4, 5, 6, вычисления активных и реактивных мощностей в каждой из фаз нагрузки 4, 5, 6, реактивных мощностей фаз регулятора мощности 14 с учетом заданных требуемых значений реактивных мощностей в фазах линии электропередачи.The claimed method involves the formation and control of the total system of currents I _pa , I _pb , I _pc , I _zk , I _pk at the output terminals of the control device 12 by controlling the value of the transformation ratio of the transformer 15 with an adjustable transformation ratio, the resistance value of the controlled reactive element 16 as part of the regulator power 14 and the resistance values of independent controlled reactive elements 17, 18, 19. The values of the transformation ratio and reactive elements of the control device 12 are determined in the control system unit 13 by measuring currents and voltages in load phases 4, 5, 6, calculating active and reactive powers in each of the load phases 4, 5, 6, the reactive powers of the phases of the power controller 14, taking into account the specified required values of reactive powers in the phases of the power line.

Устройства управления 12, предназначеное для симметрирования режима работы ЛЭП, работает следующим образом. Токи на выходных зажимах устройства управления 12, создаваемые регулятором мощности 14 и независимыми управляемыми реактивными элементами 17, 18, 19, представляют собой несимметричные системы токов, которые можно разложить на токи прямой, обратной и нулевой последовательности. При симметрировании режима работы ЛЭП, токи обратной и нулевой последовательности в фазах нагрузки должны быть скомпенсированы токами обратной и нулевой последовательности устройства управления 12. В этом случае суммарные токи линии электропередачи будут симметричными и определяться суммой токов прямой последовательности нагрузки 4, 5, 6 и токов устройства управления 12. В общем случае, суммарные токи в фазах А, В и С ЛЭП будут симметричные и сдвинуты одинаково по фазе относительно соответствующих фазных напряжений ЛЭП.The control device 12, designed to balance the mode of operation of the transmission line, operates as follows. The currents at the output terminals of the control device 12, created by the power regulator 14 and independent controlled reactive elements 17, 18, 19, are asymmetric current systems that can be decomposed into positive, reverse and zero sequence currents. When balancing the operating mode of the power transmission line, the negative and zero sequence currents in the load phases must be compensated by the negative and zero sequence currents of the control device 12. In this case, the total currents of the power line will be symmetrical and determined by the sum of the positive sequence currents of the load 4, 5, 6 and the device currents control 12. In the general case, the total currents in phases A, B and C of the power line will be symmetrical and equally shifted in phase relative to the corresponding phase voltages of the power line.

Для регулятора мощности 14 величина коэффициента трансформации трансформатора 15 с регулируемым коэффициентом трансформации и значение сопротивления управляемого реактивного элемента 16, обозначаемых соответственно K_t, X_p, и линейные напряжения ЛЭП, однозначно определяют величины фазных токов I_zk, I_pk на выходных зажимах регулятора мощности 14 (фиг. 1). Величины сопротивлений независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19, обозначаемых соответственно Х_ра, X_pb, Х_рс, и линейные напряжения ЛЭП, однозначно определяют величины фазных токов I_pa, I_pb, I_pc независимых управляемых рекативных элементов 17, 18, 19. Аналогично однозначно определены активные и реактивные мощности в фазах регулятора мощности 14 и независимых управляемых реактивных элементов, 17, 18, 19, обозначенных соответственно как P_ka, P_kb, P_kc, Q_ka, Q_kb, Q_kc и P_pa, P_pb, P_pc, Q_pa, Q_pb, Q_pc. Поскольку силовая схема регулятора мощности 14 построена на основе трансформатора 15 с управляемым коэффициентом трансформации и управляемого реактивного элемента 16, активными потерями в них можно пренебречь. С учетом этих допущений для активных мощностей фаз регулятора мощности 14 справедливо соотношение:For the power controller 14, the value of the transformation ratio of the transformer 15 with an adjustable transformation ratio and the resistance value of the controlled reactive element 16, denoted respectively K _t , X _p , and the linear voltage of the transmission line, uniquely determine the magnitude of the phase currents I _zk , I _pk at the output terminals of the power controller 14 (Fig. 1). The resistance values of independent controlled reactive elements 17, 18, 19, denoted respectively X _pa , X _pb , X _rs , and linear voltages of power lines, uniquely determine the magnitude of phase currents I _pa , I _pb , I _pc of independent controlled reactive elements 17, 18, 19 Similarly, the active and reactive powers in the phases of the power controller 14 and independent controlled reactive elements, 17, 18, 19, designated respectively as P _ka , P _kb , P _kc , Q _ka , Q _kb , Q _kc and P _pa , P _pb , _Ppc , _Qpa , _Qpb , _Qpc . Since the power circuit of the power controller 14 is built on the basis of a transformer 15 with a controlled transformation ratio and a controlled reactive element 16, active losses in them can be neglected. Taking into account these assumptions, for the active powers of the phases of the power controller 14, the relation is true:

Так как управляемые компенсаторы реактивной мощности также построены на основе управляемых реактивных элементов 17, 18, 19 активными потерями в них также можно пренебречь. Для активных мощностей каждого независимого управляемого реактивного элемента 17, 18, 19 справедливы выражения:Since controlled reactive power compensators are also built on the basis of controlled reactive elements 17, 18, 19, active losses in them can also be neglected. For the active powers of each independent controlled reactive element 17, 18, 19, the expressions are valid:

Независимые управляемые реактивные элементы 17, 18, 19, в отличии от регулятора мощности 14, управляют только реактивной мощностью в фазах ЛЭП и не влияют на активные оставляющие мощностей в фазах ЛЭП.Independent controlled reactive elements 17, 18, 19, in contrast to the power controller 14, control only the reactive power in the phases of the transmission line and do not affect the active leaving power in the phases of the transmission line.

При заданных значениях сопротивлений нагрузки 4, 5, 6 и фазных напряжениях ЛЭП токи в фазах нагрузки линии электропередачи I_na, I_nb, I_nc, также как их активные P_na, P_nb, P_nc и реактивные мощности Q_na, Q_nb, Q_nc однозначно определены.For given values of load resistance 4, 5, 6 and phase voltages of power transmission lines, currents in the load phases of the power line I _na , I _nb , I _nc , as well as their active P _na , P _nb , P _nc and reactive powers Q _na , Q _nb , Q _nc are uniquely determined.

Очевидно, что при симметрировании режима работы ЛЭП с помощью устройства управления 12, соответствующие активные Р_а, P_b, Р_с и реактивные Q_a, Q_b, Q_c мощности в фазах ЛЭП будут одинаковыми и, с учетом выражений (1) и (2), могут быть определены в соответствии с выражениями:It is obvious that when balancing the operating mode of the transmission line using the control device 12, the corresponding active R _a , P _b , R _c and reactive Q _a , Q _b , Q _c powers in the phases of the transmission line will be the same and, taking into account expressions (1) and ( 2) can be determined in accordance with the expressions:

Для каждой из фаз ЛЭП можно записать следующее соотношения для активных мощностей в фазах ЛЭП:For each of the phases of the transmission line, the following ratios can be written for active powers in the phases of the transmission line:

Зная значения активных мощностей в фазах нагрузки P_na, P_nb, P_nc и соответствующие им симметричные значения активных мощностей в фазах ЛЭП Р_а, P_b, Р_с, определяемые соотношением (3), можно определить активные мощности фаз регулятора мощности 14 (P_ka, P_kb, P_kc). С учетом известных активных мощностей фаз регулятора мощности 14 (P_ka, P_kb, P_kc), соответствующие им коэффициент трансформации K_t трансформатора 15 с регулируемым коэффициентом трансформации и значение сопротивления Х_р управляемого реактивного элемента 16, вычисляются с использованием соотношений:Knowing the values of active powers in the load phases P _na , P _nb , P _nc and the corresponding symmetrical values of active powers in the phases of power transmission lines R _a , P _b , R _c determined by relation (3), it is possible to determine the active powers of the phases of the power controller 14 (P _ka , P _kb , P _kc ). Taking into account the known active powers of the phases of the power controller 14 (P _ka , P _kb , P _kc ), the corresponding transformation ratio K _t of the transformer 15 with an adjustable transformation ratio and the resistance value X _{p of the} controlled reactive element 16 are calculated using the relationships:

где Е_а - напряжение фазы А ЛЭП.where E _a is the voltage of phase A of the transmission line.

При этом, соответствующие реактивные мощности фаз Q_ka, Q_kb, Q_kc регулятора мощности 14, при найденных K_t, X_p, вычисляются по выражениям:In this case, the corresponding reactive powers of the phases Q _ka , Q _kb , Q _kc of the power controller 14, when found K _t , X _p , are calculated by the expressions:

Для реактивных мощностей каждой из фаз ЛЭП справедливы соотношения:For the reactive powers of each of the phases of the transmission line, the following relations are valid:

При известных реактивных мощностях в фазах нагрузки (Q_na, Q_nb, Q_nc), заданных симметричных реактивных мощностях в ЛЭП (Q_a=Q_b=Q_c) и вычисленных реактивных мощностях в фазах регулятора мощности 14 (Q_ka, Q_kb, Q_kc), значения сопротивлений (Х_ра, X_pb, Х_рс) независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19 и их реактивные мощности (Q_pa, Q_pb, Q_pc), определяются согласно системе уравнений:With known reactive powers in the load phases (Q _na , Q _nb , Q _nc ), given symmetrical reactive powers in power lines (Q _a =Q _b =Q _c ) and calculated reactive powers in the phases of the power controller 14 (Q _ka , Q _kb , Q _kc ), resistance values (X _pa , X _pb , X _pc ) of independent controlled reactive elements 17, 18, 19 and their reactive powers (Q _pa , Q _pb , Q _pc ) are determined according to the system of equations:

Отметим, что в результате расчета, значения сопротивлений управляемых реактивных элементов Х_ра, X_pb, Х_рс могут быть как положительными, так и отрицательными. При положительных знаках сопротивлений управляемых реактивных элементов они представляются реактивными элементами индуктивного характера. При отрицательных знаках они представляются реактивными элементами емкостного характера.Note that as a result of the calculation, the resistance values of the controlled reactive elements X _pa , X _pb , X _pc can be both positive and negative. With positive resistance signs of controlled reactive elements, they appear to be reactive elements of an inductive nature. With negative signs, they appear as reactive elements of a capacitive nature.

Таким образом, на основе измерения активных мощностей в фазах нагрузки ЛЭП, из соотошений (5) и (8) можно вычислить коэффициент трансформации (K_t) трансформатора 15 с регулируемым коэффициентом трансформации и величну сопротивления (Х_р) управляемого реактивного элемента 16 регулятора мощности 14. По заданным значениям реактивных мощностей в фазах линии электропередачи (Q_a, Q_b, Q_c) можно вычислить и определить значения сопротивлений независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19 устройства управления 12 для реализации заданного симметричного режима работы ЛЭП.Thus, based on the measurement of active powers in the load phases of the transmission line, from relations (5) and (8) it is possible to calculate the transformation ratio (K _t ) of the transformer 15 with an adjustable transformation ratio and the resistance value (X _p ) of the controlled reactive element 16 of the power controller 14 Based on the given values of reactive powers in the phases of the power line (Q _a , Q _b , Q _c ) it is possible to calculate and determine the resistance values of independent controlled reactive elements 17, 18, 19 of the control device 12 to implement the given symmetrical mode of operation of the transmission line.

Для реализации полной компенсации реактивных мощностей при симметрировании режима работы ЛЭП необходимо не только компенсация токов обратной и нулевой последовательности нагрузки, но и воздействие на токи прямой последовательности ЛЭП, обеспечивая отсутствие сдвига фаз между результирующим током ЛЭП и фазным напряжением. Компенсация реактивных мощностей в ЛЭП достигается путем регулирование токов фаз независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19 с помощью изменения значений и характера их сопротивлений. При этом регулятор мощности 14 должен обеспечивать выравнивание активных мощностей в фазах ЛЭП. Это обеспечивается путем соответствующего расчета (выражения 5) и задания значений K_t и X_p, регулятора мощности 14 по измеренным активным мощностям фаз нагрузки. При известных значениях K_t, X_p, система уравнения для нахождения значений сопротивлений X_pa, X_pb, X_pc независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19 имеет вид:To implement full compensation of reactive powers when balancing the operating mode of power transmission lines, it is necessary not only to compensate for the negative and zero sequence load currents, but also to influence the direct sequence currents of power transmission lines, ensuring that there is no phase shift between the resulting current of transmission lines and phase voltage. Reactive power compensation in power lines is achieved by regulating the phase currents of independent controlled reactive elements 17, 18, 19 by changing the values and nature of their resistances. In this case, the power controller 14 must ensure the equalization of active powers in the phases of the transmission line. This is ensured by appropriate calculation (expression 5) and setting the values of K _t and X _p , the power controller 14 on the measured active powers of the load phases. With known values of K _t , X _p , the equation system for finding the resistance values X _pa , X _pb , X _pc of independent controlled reactive elements 17, 18, 19 has the form:

Как видно из выражений (9) для симметрирования и полной компенсации реактивной мощности в ЛЭП, необходимо измерять активные и реактивные мощности в каждой из фаз ЛЭП и управлять характером и величиной сопротивления управляемого реактивного элемента каждого независимого управляемого компенсатора реактивной мощности. На фиг. 2 приведены результаты моделирования режима работы ЛЭП, в программе LTspice, при заданных параметрах нагрузок фаз и заданных значений реактивной мощности в фазах ЛЭП (Q_a=Q_b=Q_c=-1522.8 вар) для симметрирования режима работы ЛЭП с помощью устройства управления 12, представленного на фиг. 1. Значения коэффициента трансформации трансформатора 15 с управляемым коэффициентом трансформации, сопротивление управляемого реактивного элемента 16 регулятора мощности 14 и сопротивления независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19 независимых управляемых компенсаторов реактивной мощности вычислены по выражениям (5) и (8).As can be seen from expressions (9), for balancing and full compensation of reactive power in power lines, it is necessary to measure the active and reactive powers in each of the phases of the power line and control the nature and value of the resistance of the controlled reactive element of each independent controlled reactive power compensator. In FIG. 2 shows the results of modeling the operation mode of the transmission line, in the LTspice program, for given parameters of phase loads and given values of reactive power in the phases of the transmission line (Q _a =Q _b =Q _c = -1522.8 var) for balancing the operation mode of the transmission line using the control device 12, shown in FIG. 1. The values of the transformation ratio of the transformer 15 with a controlled transformation ratio, the resistance of the controlled reactive element 16 of the power controller 14 and the resistance of the independent controlled reactive elements 17, 18, 19 of the independent controlled reactive power compensators are calculated by expressions (5) and (8).

Параметры ЛЭП:Power line parameters:

Требуемая реактивная мощность в фазах ЛЭПRequired reactive power in power line phases

Q_a=Q_b=Q_c=-1522.8 варQ _a \u003d Q _b \u003d Q _c \u003d -1522.8 var

Параметры режима работы нагрузки:Load operating mode parameters:

Z_na=10+j3Oм, Z_nb=7-j8Oм, Z_nc=18+j ОмZ _na \u003d 10 + j3 Om, Z _nb \u003d 7-j8 Om, Z _nc \u003d 18 + j Om

P_na=4440 Вт; P_nb=2998 Вт; P_nc=2681 ВтP _na \u003d 4440 W; P _nb \u003d 2998 W; P _nc =2681 W

Q_na=1332 вар; Q_nb=-3427 вар; Q_nc=149 вар _Qna =1332 var; Q _nb \u003d -3427 var; Q _nc =149 var

Расчитанный параметры устройства управления Kt, Хр, Хра, Xpb, Хрс:Calculated parameters of the control device Kt, Xp, Xpa, Xpb, Xrs:

K_t=-0.298, Х_р=-j23.374 ОмK _t \u003d -0.298, X _p \u003d -j23.374 Ohm

Х_ра=-j61.75 Ом, X_pb=j 19.45 Ом, Z_pc=-j28.39 ОмX _pa \u003d -j61.75 Ohm, X _pb \u003d j 19.45 Ohm, Z _pc \u003d -j28.39 Ohm

Расчитанный режима работы устройства управления:The calculated operating mode of the control device:

P_ka=-1067 Вт; P_kb=375 Вт; P_kc=692 ВтP _ka \u003d -1067 W; P _kb \u003d 375 W; P _kc =692 W

Q_ka=-2071 вар; Q_kb=-584 вар; Q_kc=32.7 варQ _ka \u003d -2071 var; Q _kb \u003d -584 var; Q _kc =32.7 var

Q_pa=-783.7 вар; Q_pb=2488.2 вар; Q_pc=-1704.5 варQ _pa = -783.7 var; Q _pb =2488.2 var; Q _pc = -1704.5 var

Результат симметрирования режима работы ЛЭПThe result of balancing the operating mode of the transmission line

Р_а=P_b=Р_с=3373 ВтP _a \u003d P _b \u003d P _c \u003d 3373 W

Q_a=Q_b=Q_c=-1522.8 варQ _a \u003d Q _b \u003d Q _c \u003d -1522.8 var

На фиг. 3 приведены результаты моделирования режима работы ЛЭП, в программе LTspice, при тех же параметрах сопротивлений фаз нагрузок для симметрирования и полной компенсации реактивных мощностей в фазах ЛЭП с помощью устройства управления 12 (фиг. 1). Величина коэффициента трансформации трансформатора 15 с регулируемым коэффициентом трансформации и величина сопротивления управляемого реактивного элемента 16 в составе регулятора мощности 14 остаются неизменными и расчитываются по выражениям (5). Сопротивления независимых управляемых реактивных элементов 17, 18, 19 расчитаны по выражениям (9).In FIG. Figure 3 shows the results of modeling the operation mode of the transmission line, in the LTspice program, with the same load phase resistance parameters for balancing and full compensation of reactive powers in the transmission line phases using the control device 12 (Fig. 1). The value of the transformation ratio of the transformer 15 with adjustable transformation ratio and the resistance value of the controlled reactive element 16 as part of the power controller 14 remain unchanged and are calculated by expressions (5). The resistances of independent controlled reactive elements 17, 18, 19 are calculated using expressions (9).

Параметры ЛЭП:Power line parameters:

Требуемая активная и реактивная мощность в фазах ЛЭПRequired active and reactive power in the phases of transmission lines

Q_a=Q_b=Q_c=0 варQ _a =Q _b =Q _c =0 var

Z_na=10+j3 Ом,Z_nb=7 - j8 Oм, Z_nc=18+j ОмZ _na \u003d 10 + j3 Ohm, Z _nb \u003d 7 - j8 Ohm, Z _nc \u003d 18 + j Ohm

K_t=-0.298, Х_р=-j23.374 ОмK _t \u003d -0.298, X _p \u003d -j23.374 Ohm

X_pa=j65.49 Ом, X_pb=j12.06 Ом, Х_рс=-j266.3 ОмX _pa =j65.49 ohm, X _pb =j12.06 ohm, X _pc = -j266.3 ohm

Q_pa=739 вар; Q_pb=4011 вар; Q_pc=-181.7 варQ _pa =739 var; Q _pb =4011 var; Q _pc = -181.7 var

Результат симметрирования режима работы и компенсации реактивных мощностей в фазах ЛЭП Р_а=P_b=Р_с=3373 Вт Q_a=Q_b=Q_c=0 варThe result of balancing the operating mode and compensation of reactive powers in the phases of power transmission lines R _a = P _b = R _c = 3373 W Q _a = Q _b = Q _c = 0 var

Таким образом, предлагаемый способ управления обеспечивает расширение функциональных возможностей способа управления режимом работы ЛЭП для случая трехфазных несимметричных нагрузок трехфазной четырехпроводной ЛЭП. Использование измеренных значений активных и реактивных мощностей фаз нагрузок, для расчета величин реактивных элементов 16, 17, 18, 19, и коэффициента трансформации трансформатора 15 с регулируемым коэффициентом трансформации устройства управления 12, значительно упрощает алгоритмы их расчета, реализуемых в блоке системы управления 13, что, в конечном счете, приводит к упрощению реализации предлагаемого способа управления. Thus, the proposed control method provides an extension of the functionality of the method for controlling the operating mode of power transmission lines for the case of three-phase unbalanced loads of a three-phase four-wire transmission line. The use of the measured values of active and reactive powers of the load phases, to calculate the values of the reactive elements 16, 17, 18, 19, and the transformation ratio of the transformer 15 with an adjustable transformation ratio of the control device 12, greatly simplifies the algorithms for their calculation, implemented in the control system unit 13, which , ultimately, leads to a simplification of the implementation of the proposed control method.

Claims

A method for balancing the mode of operation of a four-wire power line, implemented by a control device connected by its input terminals to the phases of the power line, including setting the required mode of operation of the power line, measuring currents and voltages in the load phases, calculating and setting the necessary control actions on the control device, characterized in that that as part of the control device, a power regulator is used, which is connected to the phases of the power line, and three independent controlled reactive power compensators, which are connected in parallel to the load phases, while the control action on the power regulator is calculated and set based on the measured values of the active powers of the load phases, and the values of the reactive powers of three independent controlled reactive power compensators are calculated and set on the basis of the measured reactive powers of the load phases, the reactive powers of the phases of the power controller and the set values of real active power in the power line.