RU2792409C1

RU2792409C1 - Method for control of power line operation modes using controlled power compensator

Info

Publication number: RU2792409C1
Application number: RU2022120333A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Иванович Панфилов; Михаил Георгиевич Асташев; Роман Николаевич Красноперов; Александр Николаевич Рожков
Original assignee: Дмитрий Иванович Панфилов; Михаил Георгиевич Асташев; Роман Николаевич Красноперов; Александр Николаевич Рожков
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2023-03-22

Abstract

FIELD: electrical engineering; power electronics.

SUBSTANCE: invention can be used to control power compensators in power lines. The technical problem to be solved by the claimed control method is to expand the functionality of the controlled power compensator to automatically maintain the required mode of operation of the power line. The technical result of the proposed control method is to provide automatic adjustment of the power of the controlled power compensator in order to maintain the required mode of operation of the power line under changing parameters of the mode of the power line. The technical result is achieved by the fact that in order to automatically maintain the operating mode of the power line, the required mode of operation of the power line and the boundaries of the deviation of the current mode of operation of the power line from the required one are set, the currents of the power line are measured at the point of connection of the controlled power compensator to the power line, the current mode of operation of the line is periodically determined transmission line and compare it with the required mode of operation, and, in case of deviation of the current mode from the required one beyond the specified deviation limits, new values of the parameters of the transmission line mode and the new value of the power of the controlled power compensator are calculated, and the corresponding controlled power compensator is automatically adjusted.

EFFECT: automatic adjustment of the power of the controlled power compensator in order to maintain the required mode of operation of the power line under changing parameters of the mode of the power line.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления компенсатором мощности с целью обеспечения управления мощностью в точке его подключения. Такая технология реализуется в различных устройствах силовой электротехники, применяемых в электроэнергетике, электроприводе, электротермии, электролизе, преобразовательной технике, для компенсации реактивной мощности нагрузки.The invention relates to the field of electrical engineering and power electronics and can be used to control a power compensator in order to provide power control at the point of its connection. This technology is implemented in various devices of power electrical engineering used in the electric power industry, electric drive, electrothermy, electrolysis, converter technology, to compensate for the reactive power of the load.

Известен способ управления реактивным сопротивлением управляемого компенсатора мощности, основанный на дискретном регулировании сопротивления реактивного элемента, использующий синхронизацию управления относительно приложенного к нему синусоидального напряжения. (Патент на изобретение №2641643 от 19.01.2018 «Способ управления управляемым шунтирующим реактором и устройство для его осуществления»). Недостатком способа является ограниченная область его применения, поскольку реализующее его устройство применимо только для управления устройствами компенсации реактивной мощности индуктивного характера.A known method of controlling the reactance of a controlled power compensator, based on discrete regulation of the resistance of the reactive element, using synchronization of control relative to the sinusoidal voltage applied to it. (Patent for invention No. 2641643 dated January 19, 2018 "Method of controlling a controlled shunt reactor and a device for its implementation"). The disadvantage of this method is the limited scope of its application, since the device that implements it is applicable only to control reactive power compensation devices of an inductive nature.

Известен способ управления управляемого компенсатора мощности, состоящего из конденсаторов, реакторов, управляемых силовых переключателей, и устройства управления, обеспечивающий переключение управляемых силовых переключателей в соответствии с заданным уровнем мощности управляемого компенсатора мощности (Энергосбережение в системах промышленного электроснабжения: Справочно-методическое издание / Под редакцией Э.А. Киреевой. - М.: «Интехэнерго-Издат», «Теплоэнергетик», 2014, 304 с. Стр. 137, рис 5.10). К недостаткам способа управления следует отнести тот факт, что способ не обеспечивает автоматического поддержания требуемого режима работы линии электропередачи в условиях изменяющихся параметров режима линии электропередачи, в то время как изменение параметров режима линии электропередачи является характерным признаком современных энергосистем, где характер потребления мощности нагрузками не является постоянной во времени величиной.A known method of controlling a controlled power compensator, consisting of capacitors, reactors, controlled power switches, and a control device that provides switching of controlled power switches in accordance with a given power level of a controlled power compensator (Energy saving in industrial power supply systems: Reference and methodological publication / Edited by E .A. Kireeva. - M .: "Intekhenergo-Izdat", "Teploenergetik", 2014, 304 pp. P. 137, Fig. 5.10). The disadvantages of the control method include the fact that the method does not automatically maintain the required mode of operation of the power line under conditions of changing parameters of the mode of the power line, while changing the parameters of the mode of the power line is a characteristic feature of modern power systems, where the nature of power consumption by loads is not constant in time.

Технической задачей, на решение которой направлен заявляемый способ управления, является расширение функциональных возможностей управляемого компенсатора мощности для автоматического поддержания требуемого режима работы линии электропередачи.The technical problem to be solved by the claimed control method is to expand the functionality of the controlled power compensator to automatically maintain the required mode of operation of the power line.

Техническим результатом заявляемого способа управления является обеспечение автоматической коррекции мощности управляемого компенсатора мощности с целью поддержания требуемого режима работы линии электропередачи в условиях изменяющихся параметров режима линии электропередачи.The technical result of the proposed control method is to provide automatic correction of the power of the controlled power compensator in order to maintain the required mode of operation of the power line under changing parameters of the mode of the power line.

Технический результат достигается тем, что в способе управления режимами работы линии электропередачи с помощью управляемого компенсатора мощности, использующем измерение напряжения на зажимах управляемого компенсатора мощности, вычисление и задание требуемой величины мощности управляемого компенсатора мощности, для автоматического поддержания режима работы линии электропередачи задают требуемый режим работы линии электропередачи и границы отклонения текущего режима работы линии электропередачи от требуемого, измеряют токи линии электропередачи в месте подключения управляемого компенсатора мощности в линию электропередачи, периодически определяют текущий режим работы линии электропередачи и сравнивают его с требуемым режимом работы и, в случае отклонения текущего режима от требуемого за заданные границы отклонения, вычисляют новые значения параметров режима линии электропередачи и новое значение мощности управляемого компенсатора мощности и корректируют соответствующее управление на управляемый компенсатор мощности.The technical result is achieved by the fact that in the method for controlling the operating modes of a power line using a controlled power compensator, using measuring the voltage at the terminals of the controlled power compensator, calculating and setting the required power value of the controlled power compensator, to automatically maintain the mode of operation of the power line, the required mode of operation of the line is set power lines and the boundaries of the deviation of the current mode of operation of the power line from the required one, measure the currents of the power line at the point of connection of the controlled power compensator to the power line, periodically determine the current mode of operation of the power line and compare it with the required mode of operation and, in case of deviation of the current mode from the required the specified deviation limits, calculate new values of the parameters of the power line mode and the new value of the power of the controlled power compensator and correct the corresponding control on the control adjustable power compensator.

Сущность предлагаемого способа управления режимами работы линии электропередачи с помощью управляемого компенсатора мощности поясняется на фиг. 1, на которой представлена блок-схема устройства управления, реализующего заявляемый способ.The essence of the proposed method for controlling the operating modes of a power line using a controlled power compensator is illustrated in Fig. 1, which shows a block diagram of a control device that implements the proposed method.

В соответствии с фиг. 1, управляемый компенсатор мощности 1 отображает схемы управляемых компенсаторов мощности, построенных на основе реакторов 2, конденсаторов 3 и управляемых силовых переключателей 4. Устройство управления управляемого компенсатора мощности 1 включает в себя подключенный параллельно управляемому компенсатору мощности 1 блок 5 измерения синусоидального напряжения линии электропередачи, выход которого соединен с первым входом блока 6 определения мощности управляемого компенсатора мощности 1. Выход блока 6 определения мощности управляемого компенсатора мощности 1 соединен с входом блока 7 управления управляемых силовых переключателей 4, при этом со вторым входом блока 6 определения мощности управляемого компенсатора мощности 1 соединен выход блока 8 задания мощности управляемого компенсатора мощности 1. В устройстве управления имеются датчики 9 и 10 тока линии электропередачи в точке подключения управляемого компенсатора мощности 1 к линии электропередачи, блок 11 вычисления текущего режима работы линии электропередачи, блок 12 задания режима работы линии электропередачи, блок 13 сравнения режимов работы линии электропередачи и блок 14 вычисления требуемой мощности управляемого компенсатора мощности 1. Датчик 9 тока линии электропередачи подключен в ветвь, соединяющую управляемый компенсатор мощности 1 с линией электропередачи, а датчик 10 тока линии электропередачи подключен в ветвь, соединяющую управляемый компенсатор мощности 1 с нагрузкой. При этом, выход блока 5 измерения синусоидального напряжения линии электропередачи и выходы датчиков 10 и 9 тока линии электропередачи в точке подключения управляемого компенсатора мощности 1 к линии электропередачи, подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока 11 вычисления текущего режима работы линии электропередачи, а также к первому, второму и третьему входам блока 14 вычисления требуемой мощности управляемого компенсатора мощности 1. Выход блока 11 вычисления текущего режима работы линии электропередачи подключен к первому входу блока 13 сравнения режимов работы линии электропередачи, ко второму и третьему входу которого подключены первый и второй выходы блока 12 задания режима работы линии электропередачи соответственно. Выход блока 13 сравнения режимов работы линии электропередачи подключен к четвертому входу блока 14 вычисления требуемой мощности управляемого компенсатора мощности 1, выход которого в свою очередь подключен к входу блока 8 задания мощности управляемого компенсатора мощности 1.In accordance with FIG. 1, controlled power compensator 1 displays diagrams of controlled power compensators built on the basis of reactors 2, capacitors 3 and controlled power switches 4. The control device of controlled power compensator 1 includes a block 5 for measuring the sinusoidal voltage of a power line connected in parallel to controlled power compensator 1, output which is connected to the first input of the unit 6 for determining the power of the controlled power compensator 1. The output of the unit 6 for determining the power of the controlled power compensator 1 is connected to the input of the control unit 7 for the control of controlled power switches 4, while the output of the unit is connected to the second input of the unit 6 for determining the power of the controlled power compensator 1 8 setting the power of the controlled power compensator 1. The control device has sensors 9 and 10 of the power line current at the point of connection of the controlled power compensator 1 to the power line, block 11 for calculating the current mode operation of the power line, block 12 for setting the mode of operation of the power line, block 13 for comparing the modes of operation of the power line and block 14 for calculating the required power of the controlled power compensator 1. The sensor 9 of the current of the power line is connected to the branch connecting the controlled power compensator 1 with the power line, and the sensor 10 current of the power line is connected to the branch connecting the controlled power compensator 1 with the load. At the same time, the output of the block 5 for measuring the sinusoidal voltage of the power line and the outputs of the sensors 10 and 9 of the current of the power line at the point of connection of the controlled power compensator 1 to the power line are connected respectively to the first, second and third inputs of the block 11 for calculating the current mode of operation of the power line, and also to the first, second and third inputs of the block 14 for calculating the required power of the controlled power compensator 1. The output of the block 11 for calculating the current operating mode of the power line is connected to the first input of the block 13 for comparing the operating modes of the power line, to the second and third inputs of which the first and second outputs are connected block 12 setting the mode of operation of the power line, respectively. The output of the block 13 for comparing the operating modes of the power line is connected to the fourth input of the block 14 for calculating the required power of the controlled power compensator 1, the output of which, in turn, is connected to the input of the block 8 for setting the power of the controlled power compensator 1.

Заявляемый способ управления режимами работы линии электропередачи с помощью управляемого компенсатора мощности работает следующим образом.The inventive method of controlling the modes of operation of the power line using a controlled power compensator works as follows.

Устройство управления использует измерение напряжения, приложенного к управляемому компенсатору мощности 1 с помощью блока 5 измерения синусоидального напряжения линии электропередачи, а также использует измерение токов в точке подключения управляемого компенсатора мощности 1 к линии электропередачи с помощью датчиков тока 9 и 10 соответственно. На основании измеренных величин, блок 11 вычисления текущего режима работы линии электропередачи по сигналам синхронизации со второго выхода блока 12 задания режима работы линии электропередачи периодически, через фиксированные интервалы времени, осуществляет расчет текущего режима работы линии электропередачи. Блок 12 задания режима работы линии электропередачи осуществляет задание на своем первом выходе требуемого режима работы линии электропередачи и границы расхождения текущего режима работы линии электропередачи от требуемого. В зависимости от способа построения управляемого компенсатора мощности 1 в качестве задаваемых режимов работы могут выступать: компенсация реактивной мощности, регулирование активной и/или реактивной мощностей, стабилизация или регулирование напряжения.The control device uses the measurement of the voltage applied to the controlled power compensator 1 using the block 5 for measuring the sinusoidal voltage of the power line, and also uses the measurement of currents at the point of connection of the controlled power compensator 1 to the power line using current sensors 9 and 10, respectively. Based on the measured values, the block 11 for calculating the current mode of operation of the power line according to synchronization signals from the second output of the block 12 for setting the mode of operation of the power line periodically, at fixed time intervals, calculates the current mode of operation of the power line. Block 12 setting the mode of operation of the power line performs the job at its first output of the desired mode of operation of the power line and the boundaries of the discrepancy between the current mode of operation of the power line from the desired one. Depending on the construction method of the controlled power compensator 1, the set operating modes can be: reactive power compensation, active and/or reactive power regulation, voltage stabilization or regulation.

В блоке 13 сравнения режимов работы линии электропередачи по сигналам синхронизации со второго выхода блока 12 задания режимов работы линии электропередачи, на основе информации от блока 11 вычисления текущего режима работы линии электропередачи, и информации с первого выхода блока 12 задания режима работы линии электропередачи, осуществляется сравнение текущего режим работы линии электропередачи с заданным режимом ее работы. В случае, если по результатам сравнения обнаруживается, что текущий режим работы не выходит за пределы заданных границ расхождения, блок 13 сравнения режимов работы линии электропередачи не формирует на своем выходе никаких сигналов.In block 13 for comparing the modes of operation of the power line, according to synchronization signals from the second output of block 12 for setting the modes of operation of the power line, based on information from block 11 for calculating the current mode of operation of the power line, and information from the first output of block 12 for setting the mode of operation of the power line, a comparison is made the current mode of operation of the power line with a given mode of its operation. In the event that the results of the comparison reveal that the current mode of operation does not go beyond the specified divergence boundaries, the block 13 for comparing the operating modes of the power line does not generate any signals at its output.

В случае, обнаружения отклонения текущего режима работы линии электропередачи от требуемого за заданные границы отклонения, задаваемые с первого выхода блока 12 задания режима работы линии электропередачи, сигнал на выходе блока 13 сравнения режимов работы линии электропередачи инициализирует вычисление нового значения требуемой мощности в блоке 14 вычисления требуемой мощности управляемого компенсатора мощности 1. При этом на основе информации о токах линии электропередачи в точке подключения управляемого компенсатора мощности 1 к линии электропередачи, измеренных с помощью датчиков тока 9 и 10 соответственно, а также на основе информации о напряжении, приложенном к управляемому компенсатору мощности 1, измеренного с помощью блока 5 измерения синусоидального напряжения линии электропередачи блок 14 вычисляет новые текущие значения параметров режима линии электропередачи и на их основе рассчитывает новое значение требуемой мощности управляемого компенсатора мощности 1, которое обеспечивало бы требуемый режим работы линии электропередачи в условиях изменившихся параметров режима линии электропередачи.In the event that a deviation of the current mode of operation of the power line from the required deviation beyond the specified limits specified from the first output of the block 12 for setting the mode of operation of the power line is detected, the signal at the output of the block 13 for comparing the modes of operation of the power line initializes the calculation of a new value of the required power in the block 14 for calculating the required power of the controlled power compensator 1. At the same time, based on information about the currents of the power line at the point of connection of the controlled power compensator 1 to the power line, measured using current sensors 9 and 10, respectively, and also on the basis of information about the voltage applied to the controlled power compensator 1 , measured using block 5 for measuring the sinusoidal voltage of the power line, block 14 calculates new current values of the parameters of the power line mode and, on their basis, calculates a new value of the required power of the controlled power compensator 1, which provides the required mode of operation of the power line would have changed under the conditions of the changed parameters of the mode of the power line.

Вычисленная в блоке 14 вычисления требуемой мощности управляемого компенсатора мощности 1 на основе актуальных для текущего момента данных о параметрах режима работы линии электропередачи величина требуемой мощности поступает на блок 8 задания мощности управляемого компенсатора мощности 1. В свою очередь, блок 6 определения мощности управляемого компенсатора мощности 1, с учетом информации от блока 8 задания мощности управляемого компенсатора мощности 1, а также информации о текущем значении напряжения в линии электропередачи, поступающей от блока 5 измерения синусоидального напряжения линии электропередачи, используя регулировочную характеристику управляемого компенсатора мощности 1, осуществляет определение нового возможного в данный момент (в условиях текущего напряжения линии электропередачи) значения мощности управляемого компенсатора мощности 1. На основе нового значения мощности управляемого компенсатора мощности 1, блок 6 определения мощности управляемого компенсатора мощности 1, формирует на своем выходе новые, скорректированные значения состояния управляемых силовых переключателей 4, которым будет соответствовать новое, скорректированное значение мощности управляемого компенсатора мощности 1.The value of the required power calculated in block 14 for calculating the required power of the controlled power compensator 1 on the basis of current data on the parameters of the operation mode of the power line is supplied to the block 8 for setting the power of the controlled power compensator 1. In turn, the block 6 for determining the power of the controlled power compensator 1 , taking into account the information from the block 8 setting the power of the controlled power compensator 1, as well as information about the current value of the voltage in the power line coming from the block 5 for measuring the sinusoidal voltage of the power line, using the control characteristic of the controlled power compensator 1, determines the new possible at the moment (under the conditions of the current voltage of the power line) the power values of the controlled power compensator 1. Based on the new power value of the controlled power compensator 1, the unit 6 for determining the power of the controlled power compensator 1, generates at its output new, corrected values of the state of the controlled power switches 4, which will correspond to the new, corrected power value of the controlled power compensator 1.

На основе информации о комбинации включаемых управляемых силовых переключателей 4, информация о которых поступает с блока 6 определения мощности управляемого компенсатора мощности 1, блок 7 управления управляемых силовых переключателей осуществляет изменение состояния силовых переключателей 4.Based on the information about the combination of activated controlled power switches 4, information about which comes from the unit 6 for determining the power of the controlled power compensator 1, the control unit 7 of the controlled power switches changes the state of the power switches 4.

Периодический процесс оценки текущего режима работы линии электропередачи повторяется через фиксированные промежутки времени, синхронизируемые со второго выхода блока 12 задания режима работы линии электропередачи, и в случае выхода текущего режима работы линии электропередачи за границы требуемого режима будет проводится соответствующая коррекция мощности управляемого компенсатора мощности 1.The periodic process of assessing the current mode of operation of the power line is repeated at fixed intervals, synchronized from the second output of the block 12 for setting the mode of operation of the power line, and in the event that the current mode of operation of the power line goes beyond the boundaries of the required mode, a corresponding correction of the power of the controlled power compensator 1 will be carried out.

Таким образом, описанный способ управления управляемым компенсатором мощности обеспечивает достижение технического результата, направленного на расширение функциональных возможностей способа управления режимами работы линии электропередачи с помощью управляемого компенсатора мощности в условиях изменяющихся параметров режима линии электропередачи.Thus, the described method for controlling a controlled power compensator ensures the achievement of a technical result aimed at expanding the functionality of the method for controlling the operating modes of a power line using a controlled power compensator under conditions of changing parameters of the power line mode.

Claims

A method for controlling the operating modes of a power transmission line using a controlled power compensator, using measuring the voltage at the terminals of the controlled power compensator, calculating and setting the required power value of the controlled power compensator, characterized in that, in order to automatically maintain the operating mode of the power transmission line, the required operating mode of the power transmission line and boundaries are set deviations of the current mode of operation of the power line from the required one, measure the currents of the power line at the point of connection of the controlled power compensator to the power line, periodically determine the current mode of operation of the power line and compare it with the required mode of operation, and, if the current mode deviates from the required one beyond the specified boundaries deviations, calculate the new values of the power line mode parameters and the new power value of the controlled power compensator, and correct the corresponding control to the controlled compensator power.