Способ согласования четырехпроводной несимметричной линии электропередачи с электрической нагрузкой

Способ согласования четырехпроводной несимметричной линии электропередачи с электрической нагрузкой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании, монтаже, наладке и эксплуатации четырехпроводных линий электропередачи (ЛЭП), при передаче электрической энергии по проводам ЛЭП от источника питания к потребителю.

Передача электрической энергии по протяженным ЛЭП, а также электрическая энергии повышенной частоты по сравнительно непротяженным ЛЭП обеспечивается: по одно- и двухпроводным ЛЭП одной парой волн электромагнитного поля (падающей и отраженной); по трехпроводным - тремя парами; по четырехпроводной - четырьмя и т.д. [1, 2].

В результате согласования ЛЭП с электрической нагрузкой пропускная способность линий электропередачи повышается из-за исключения отраженной волны электромагнитного поля. Кроме того, уменьшается степень искажения кривых напряжения и тока, увеличивается надежность функционирования электрического оборудования, нормализуется работа релейной защиты, автоматики и связи, улучшается экологическая обстановка в районе эксплуатации ЛЭП и в месте, где расположен источник питания электрической энергии.

Известно условие согласованного режима работы однопроводной ЛЭП [2], обусловленное дифференциальным уравнением второго порядка [2-6], на основании которого работает устройство [патент RU 2390924], где реализовано согласование однопроводной протяженной высоковольтной ЛЭП. Однако четырехпроводная ЛЭП, описываемая математической моделью, полученной на основании решения характеристического уравнения восьмого порядка, не может быть согласована одним лишь условием согласованного режима [2] из-за специфичности распространения напряжений и токов по четырехпроводной ЛЭП [1].

Известны способы согласования линий связи с нагрузкой [7, патент RU 2381627]. Однако применяемые здесь технические элементы, такие как дифференциальный усилитель, дифференциальные резисторы, не предназначены для работы на высоком напряжении, к примеру 1 кВ, а это значит, что специфика реализации способов [7, патент RU 2381627] достаточно своеобразна и неприменима в протяженных линиях электропередачи высокого напряжения.

Задача изобретения - формирование способа согласования однородной несимметричной четырехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой.

Технический результат заключается в обеспечении условий согласования однородной несимметричной четырехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой, выполнение которых повлечет за собой уменьшение потерь электрической энергии, повышение пропускной способности линии, уменьшение степени искажения кривых напряжения и тока.

Технический результат достигается тем, что способ согласования несимметричной однородной четырехпроводной линии электропередачи, входящей в состав несимметричной электроэнергетической системы с электрической нагрузкой, заключающийся в том, что исходная информация о напряжениях, токах и их частоте в линии через устройства сопряжения поступают в процессор, отличающийся тем, что в процессоре проверяются условия согласования четырехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой для каждого провода линии в результате сравнения действительного (присутствующего в реальном времени на объекте) и эталонного (определенного при помощи специализированной программы) значений сопротивлений нагрузки, напряжений в конце линии или токов, поступающих в нагрузку, и формируются управляющие сигналы для корректирующих органов, в качестве которых могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов с симметрирующими устройствами, реакторы и трехфазные или однофазные устройства, генерирующие ток и напряжение, такие как конденсаторные батареи, трехпроводная (без четвертого проводника от нейтрали источника питания и нагрузки) обобщенная нагрузка, имеющая в своем составе понижающий трансформатор, схема соединения первичной и вторичной обмотки которого звезда/звезда с выведенным нулевым проводом.

Корректирующие органы, в качестве которых могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов с симметрирующими устройствами, используются без симметрирующих устройств.

Обобщенная нагрузка, которая может иметь в своем составе понижающий трансформатор, схема соединения первичной и вторичной обмотки которого звезда/звезда с выведенным нулевым проводом имеет понижающий трансформатор, схема соединения первичной и вторичной обмотки которого треугольник/звезда с выведенным нулевым проводом.

На рисунках показаны:

1 - корректирующий орган (К01), такой как РПН трансформатора;

2 - трансформатор (Т1), с симметрирующим устройством, питающий несимметричную однородную ЛЭП напряжением 35 кВ или меньше четырехпроводного исполнения (источник питания);

3 - устройства сопряжения ( ∑ i = 1 n Д 1 ), каковыми являются датчики напряжения и тока, спектроанализаторы, частотомеры, установленные в начале ЛЭП напряжением 35 кВ или меньше;

4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

5 - процессор (П);

6 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

7 - показывающий или самопишущий прибор (РО);

8 - несимметричная однородная ЛЭП напряжением 35 кВ или меньше четырехпроводного исполнения (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная);

9 - понижающий трансформатор (Т2(4)), с симметрирующим устройством, схема соединения первичной/вторичной обмотки: звезда с выведенным нулевым проводом/звезда с выведенным нулевым проводом, напряжением 10 кВ/0,4 кВ;

10 - устройства сопряжения ( ∑ i = 1 n Д 2 ), каковыми являются датчики напряжения и тока, спектроанализаторы, частотомеры, установленные на вторичной стороне понижающего трансформатора 9 (Т2(4));

11 (Т3), 26 (Т4), 25 (Т5), 31 (Т7) - блоки понижающих трансформаторов, напряжением 220 В/12 В;

12 - корректирующий орган (К02), такой как РПН понижающего трансформатора напряжением 10 кВ/0,4 кВ;

13 (VD1), 28 (VD2), 27 (VD3), 33 (VD4) - блоки преобразователей, фаза А;

14 - корректирующий орган (КОн.), трехпроводная (без четвертого проводника от нейтрали источника питания) обобщенная нагрузка;

15 - обобщенная электрическая нагрузка (Z_НАГР.);

16 - корректирующий орган (КО3), такой как реакторы и трехфазные или однофазные устройства, генерирующие ток и напряжение, такие как конденсаторные батареи;

17 - действительное обобщенное сопротивление нагрузки ( Z _ Н . А = U ˙ Н . А I ˙ 2 . А ), понижающего трансформатора 9 (Т2(4));

18 - эталонное обобщенное сопротивление нагрузки ( Z _ В О Л Н . А = U ˙ В О Л Н . А I ˙ 2 Н . А ), понижающего трансформатора 9 (Т2(4));

19 - действительные амплитудные значения напряжения нагрузки ( U ˙ Н . А ), понижающего трансформатора 9 (Т2(4));

20 - действительные амплитудные значения тока нагрузки ( I ˙ 2 . А ), понижающего трансформатора 9 (Т2(4));

21 - специализированная программа для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в однородной несимметричной линии электропередачи четырехпроводного исполнения (FOUR-WIRE v LOO (1)), для формирования нагрузки понижающего трансформатора 9 (Т2(4)), у которого схема соединения первичной/вторичной обмотки: звезда с выведенным нулевым проводом/звезда с выведенным нулевым проводом, напряжением 10 кВ/0,4 кВ;

22 - эталонные величины токов ( I ˙ 2 Н . А ), понижающего трансформатора 9 (Т2(4));

23 - эталонные величины напряжений ( U ˙ В О Л Н . А ), понижающего трансформатора 9 (Т2(4));

24 - логический блок (А₁);

29 - понижающий трансформатор (Т6(3)), схема соединения первичной и вторичной обмотки: звезда/звезда с выведенным нулевым проводом, напряжением 10 кВ/0,4 кВ;

30 - устройства сопряжения ( ∑ i = 1 n Д 3 ), каковыми являются датчики напряжения и тока, спектроанализаторы, частотомеры, установленные на вторичной стороне понижающего трансформатора 29 (Т6(3)), схема соединения которого звезда/звезда с выведенным нулевым проводом;

32 - корректирующий орган (К04), такой как РПН понижающего трансформатора, напряжением 10 кВ/0,4 кВ;

34 - обобщенная электрическая нагрузка ( Z _ Н ), корректирующего органа 14 (КОн.);

35 - корректирующий орган (КО5), такой как реакторы и трехфазные или однофазные устройства, генерирующие ток и напряжение, такие как конденсаторные батареи;

36 - устройства сопряжения ( ∑ i = 1 n Д 4 ), каковыми являются датчики напряжения и тока, спектроанализаторы, частотомеры, установленные в конце четырехпроводной однородной несимметричной ЛЭП напряжением 35 кВ или меньше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная) до точки подключения корректирующего органа 14 (КОн.);

37 - логический блок (А₂), корректирующего органа 14 (КОн.);

38 - действительные амплитудные значения тока нагрузки, помноженные на коэффициент состояния режима ( I ˙ A .2 = I ˙ 2 . A .1 ⋅ K u z ), понижающего трансформатора 29 (Т6(3));

39 - действительные амплитудные значения тока нагрузки ( I ˙ 2 . A .1 ), понижающего трансформатора 29 (Т6(3));

40 - действительные амплитудные значения напряжения нагрузки ( U ˙ Н . А .1 )>понижающего трансформатора 29 (Т6(3));

41 - коэффициент состояния режима ((Kuz=1) или (Kuz=0)), равен единице в случае реализации заданной величины тока и напряжения четырехпроводной нагрузки понижающего трансформатора 9 (Т2(4)), питаемой от несимметричной однородной четырехпроводной линии 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная) (рис.1), в противном случае 41 ((Kuz=1) или (Kuz=0)) имеет значение нуля;

42 - эталонные величины токов ( I ˙ 2 А . Н = I ˙ 2 A . Н .1 ⋅ K u z ), понижающего трансформатора 29 (Т6(3)), помноженные на коэффициент состояния режима 41 ((Kuz=1) или (Kuz=0));

43 - эталонные величины напряжений ( U ˙ А . В О Л Н = U ˙ А . В О Л Н .1 ⋅ K u z ), понижающего трансформатора 29 (Т6(3)), помноженные на коэффициент состояния режима 41 ((Kuz=1) или (Kuz=0));

44 - амплитудные действительные значения напряжения ( U ˙ А Н ), которые в дальнейшем поступают на показывающий или самопишущий прибор 7 (РО);

45 - амплитудные действительные значения тока четырехпроводной нагрузки ( I ˙ A 2 ), которые в дальнейшем поступают на показывающий или самопишущий прибор 7 (РО);

46 - эталонное обобщенное сопротивление нагрузки ( Z _ А . В О Л Н = U ˙ А . В О Л Н I ˙ 2 А . Н ), понижающего трансформатора 29 (Т6(3));

47 - действительные амплитудные значения напряжения нагрузки ( U ˙ А . Н = U ˙ Н . А .1 ⋅ K u z ), понижающего трансформатора 29 (Т6(3)), помноженные на коэффициент состояния режима;

48 - действительное обобщенное сопротивление нагрузки ( Z _ А . Н = U ˙ Н . А .1 ⋅ K u I ˙ 2 . А .1 ⋅ K z ), понижающего трансформатора 29 (Т6(3));

49 - определение разницы по напряжению ( Δ U ˙ = U ˙ Н . А − U ˙ В О Л Н . А );

50 - определение разницы по сопротивлению ( Δ Z _ = Z _ Н . А − Z _ В О Л Н . А );

51 - эталонные величины токов ( I ˙ 2 А . Н .1 ), понижающего трансформатора 29 (Т6(3));

52 - эталонные величины напряжений ( U ˙ А . В О Л Н .1 ), понижающего трансформатора 29 (Т6(3));

53 - специализированная программа (FOUR-WIRE v. 1.00 (2)) для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии согласованной однородной несимметричной линии электропередачи четырехпроводного исполнения 8 (ЛЭП 3 5кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная);

54 - трансформатор (Т1(8)) без симметрирующего устройства, питающий ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная);

55 - понижающий трансформатор (Т2(9)) без симметрирующего устройства, схема соединения первичной/вторичной обмотки: звезда с выведенным нулевым проводом/звезда с выведенным нулевым проводом, напряжением 10 кВ/0,4 кВ;

56 - дополнительная ошибка по напряжению (ΔU_O), определенная при помощи работы блока 10 ( ∑ i = 1 n Д 2 );

57 - дополнительная ошибка по напряжению (ΔU_P), определенная при помощи работы блока 30 ( ∑ i = 1 n Д 3 );

58 - действительное значение частоты (f), токов и напряжений, определенных при помощи 10 ( ∑ i = 1 n Д 2 ); 3 ( ∑ i = 1 n Д 1 ); 36 ( ∑ i = 1 n Д 4 ) и 30 ( ∑ i = 1 n Д 3 );

59 - понижающий трансформатор (Т8(3)) схема соединения первичной и вторичной обмотки: треугольник/звезда с выведенным нулевым проводом, напряжением 10 кВ/0,4 кВ.

Суть предлагаемой разработки заключается в реализации при помощи технических средств условий согласования четырехпроводной несимметричной однородной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой [8], в формировании алгоритма обеспечения и стабилизации согласованного режима работы протяженной четырехпроводной ЛЭП.

Пусть будет необходимо выполнить согласование фазы (линейного провода) А с электрической нагрузкой. Для фаз (линейных проводов) В и С алгоритм согласования с электрической нагрузкой будет аналогичным, кроме величин обрабатываемых фазных напряжений, токов, сопротивлений, а также срабатывающих корректирующих органов.

На (рис.1) показан алгоритм обеспечения и стабилизации согласования четырехпроводной однородной несимметричной ЛЭП с электрической нагрузкой. Здесь в качестве объекта согласования использована несимметричная однородная ЛЭП напряжением 35 кВ или меньше четырехпроводного исполнения 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная). Кроме того, реализовано использование следующего электротехнического оборудования: трансформатора 2 (Т1) - трансформатора с симметрирующим устройством [9], питающего ЛЭП напряжением 35 кВ или меньше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная); трансформатора с симметрирующим устройством 9 (Т2(4)) и трансформатора 11 (Т3), 26 (Т4), 25 (Т5) - это две различные группы понижающих трансформаторов, имеющих отличные друг от друга номинальные характеристики; блоков преобразователей 13 (VD1), 28 (VD2), 27 (VD3) - преобразователи тока и напряжения компьютеров, фаза А, представляющих в данном случае обобщенную четырехпроводную электрическую нагрузку 15 ( Z _ Н А Г Р . ). Блоки 9 (Т2(4)), 11 (Т3), 26 (Т4), 25 (Т5), 13 (VD1), 28 (VD2), 27 (VD3) и 15 ( Z _ Н А Г Р . ) образуют часть общего блока, полное сопротивление которого в случае реализации заданной величины тока и напряжения четырехпроводной нагрузки понижающего трансформатора 9 (Т2(4)) питаемой от несимметричной однородной четырехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная) определяется величиной 18 ( Z _ В О Л Н . А = U ˙ В О Л Н . А I ˙ 2 Н . А ) (рис.2), а в иных случаях - 17 ( Z _ Н . А = U ˙ Н . А I ˙ 2 . А ), (рис.2). В данном случае полное сопротивление 18 ( Z _ В О Л Н . А = U ˙ В О Л Н . А I ˙ 2 Н . А ) является эталонной величиной, к которой должно стремиться действительное значение 17 ( Z _ Н . А = U ˙ Н . А I ˙ 2 . А ). По достижении эталонной величины 18 ( Z _ В О Л Н . А = U ˙ В О Л Н . А I ˙ 2 Н . А ) начинает работать следующая часть алгоритма.

Как уже было сказано блоки 9 (Т2(4)), 11 (Т3), 26 (Т4), 25 (Т5), 13 (VD1), 28 (VD2), 27 (VD3) и 15 ( Z _ Н А Г Р . ) образуют лишь часть общего блока, здесь трансформатор 9 (Т2(4)) имеет схему соединения звезда с выведенным нейтральным проводом для первичной и вторичной обмоток, другую часть общего блока образуют: трансформатор 29 (Т6(3)) по схеме соединения звезда/звезда с выведенным нулевым проводом, блок понижающих трансформаторов 31 (Т7), напряжением 220 В/12 В, блок преобразователей 33 (VD4) - преобразователи тока и напряжения компьютеров, фаза А, представляющих в данном случае обобщенную электрическую нагрузку 34 (Z _Н). Блоки 29 (Т6(3)), 31 (Т7), 33 (VD4) и 34 (Z _Н) образуют часть общего блока, полное сопротивление которого позволит реализовать согласование несимметричной однородной четырехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная).

Сопротивление согласованной однородной несимметричной четырехпроводной ЛЭП 35 кВ или меньше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная) определяется величинами 46 ( Z _ А . В О Л Н = U ˙ А . В О Л Н I ˙ 2 А . Н ) и 18 ( Z _ В О Л Н . А = U ˙ В О Л Н . А I ˙ 2 Н . А ), а в иных случаях соответственно - 48 ( Z _ А . Н = U ˙ Н . А .1 ⋅ K u I ˙ 2 . А .1 ⋅ K z ) и 17 ( Z _ Н . А = U ˙ Н . А I ˙ 2 . А ). В данном случае полные сопротивления 46( Z _ А . В О Л Н = U ˙ А . В О Л Н I ˙ 2 А . Н ) и 18 ( Z _ В О Л Н . А = U ˙ В О Л Н . А I ˙ 2 Н . А ) являются эталонными величинами, к которым должны стремиться соответственно действительные значения 48 ( Z _ А . Н = U ˙ Н . А .1 ⋅ K u I ˙ 2 . А .1 ⋅ K z ) и 17 ( Z _ Н . А = U ˙ Н . А I ˙ 2 . А ), в процессе исполнения предлагаемого алгоритма.

Основным блоком работы алгоритма способа согласования четырехпроводной однородной несимметричной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная) с электрической нагрузкой является процессор 5 (П) (рис.1), где выполняется анализ сведений: о состоянии обобщенного сопротивления нагрузки 17 ( Z _ Н . А = U ˙ Н . А I ˙ 2 . А ) или 18 ( Z _ В О Л Н . А = U ˙ В О Л Н . А I ˙ 2 Н . А ) (рис.2) понижающего трансформатора 9 (Т2(4)) (рис.1); о состоянии обобщенного сопротивления нагрузки 48 ( Z _ А . Н = U ˙ Н . А .1 ⋅ K u I ˙ 2 . А .1 ⋅ K z ) или 46 ( Z _ А . В О Л Н = U ˙ А . В О Л Н I ˙ 2 А . Н ) понижающего трансформатора 29 (Т6(3)). Эти сведения в процессор 5 (П) поступают от устройств сопряжения, каковыми являются датчики тока, напряжения и частоты 3 ( ∑ i = 1 n Д 1 ); 10 ( ∑ i = 1 n Д 2 ); 30 ( ∑ i = 1 n Д 3 ) и 36 ( ∑ i = 1 n Д 4 ), где анализируемые характеристики электрической энергии доводятся до величин, воспринимаемых компьютерной техникой. Датчики 3 ( ∑ i = 1 n Д 1 ) устанавливаются и используются для сбора сведений о напряжениях и токах в начале исследуемой протяженной четырехпроводной однородной несимметричной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная) с последующей передачей информации на показывающий или самопишущий прибор 7 (РО). Датчики 10 ( ∑ i = 1 n Д 2 ) устанавливаются и используются для сбора сведений о напряжениях и токах, поступающих на вторичную сторону понижающего трансформатора 9 (Т2(4)), схема соединения которого звезда с выведенным нулевым проводом/звезда с выведенным нулевым проводом, напряжением 10 кВ/0,4 кВ. Датчики блока 30 ( ∑ i = 1 n Д 3 ) устанавливаются и используются для сбора сведений о напряжениях и токах, поступающих на вторичную сторону понижающего трансформатора 29 (Т6(3)), схема соединения которого звезда/звезда с выведенным нулевым проводом, напряжением 10кВ/0,4кВ, или поступающих на корректирующий орган 14 (КОн.). Датчики 36 ( ∑ i = 1 n Д 4 ) устанавливаются в конце линии электропередачи 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная) и перед точкой подключения корректирующего органа 14 (КОн.) (подключение блока 8 (ЛЭП 35кВ ИЛИ МЕНЬШЕ 4-х проводная) к блоку трансформатора 29 (Т6(3)), схема соединения которого - звезда/звезда с выведенным нулевым проводом) с последующей передачей информации на показывающий или самопишущий прибор 7 (РО).

В качестве датчиков 3 ( ∑ i = 1 n Д 1 ); 10 ( ∑ i = 1 n Д 2 ); 30 ( ∑ i = 1 n Д 3 ) и 36 ( ∑ i = 1 n Д 4 ) могут быть использованы трансформаторы напряжения и тока, спектроанализаторы, частотомеры, а также делители напряжения и шунты переменного тока.

Аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП) (рис.1) позволяет сформированные в датчиках 3 ( ∑ i = 1 n Д 1 ); 10 ( ∑ i = 1 n Д 2 ); 30 ( ∑ i = 1 n Д 3 ) и 36 ( ∑ i = 1 n Д 4 ) аналоговые сигналы преобразовать в дискретные. Цифроаналоговый преобразователь 6 (ЦАП) позволяет сформированные в виде дискретных сигналов в процессоре 5 (П) команды корректирующим органам 1 (KО1), 12 (КО2), 14 (КОн.), 16 (КО3), 32 (КО4), 35 (КО5) преобразовать в аналоговые. В данном случае в качестве корректирующих органов 1 (KО1), 12 (КО2) и 32 (КО4) использованы устройства РПН силовых трансформаторов, в качестве блока корректирующего органа 14 (КОн.) выступает трехпроводная (без четвертого проводника от нейтрали источника питания), обобщенная нагрузка питаемая от понижающего трансформатора 29 (Т6(3)), схема соединения первичной и вторичной обмотки которого звезда/звезда с выведенным нулевым проводом, а в качестве корректирующего органа 16 (КО3) и 35 (КО5) - выступают реакторы и трехфазные или однофазные устройства, генерирующие ток и напряжение, такие как конденсаторные батареи, позволяющие изменять величину действительного полного сопротивления обобщенной нагрузки 17 ( Z _ Н . А = U ˙ Н . А I ˙ 2 . А ); 48 ( Z _ А . Н = U ˙ Н . А .1 ⋅ K u I ˙ 2 . А .1 ⋅ K z ) путем воздействия на технологический процесс и доводить его до эталонного значения сопротивления 18 ( Z _ В О Л Н . А = U ˙ В О Л Н . А I ˙ 2 Н . А ); 46 ( Z _ А . В О Л Н = U ˙ А . В О Л Н I ˙ 2 А . Н ), на (рис.1) эти воздействия изменяют обобщенную электрическую нагрузку 15 (Z_НАГР.