Система оценивания динамики изменения частоты в произвольных узлах электроэнергетической системы

 

Полезная модель относится к информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использована в устройствах для обработки результатов векторной регистрации параметров, получаемых регистраторами параметров электрического режима на отдельных объектах (узлах) энергосистемы, в частности, для определения параметров переходных режимов в энергосистеме, например, динамики изменения частоты электрического тока и напряжения в произвольных узлах энергосистемы. Требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, достигается в системе, содержащей блок памяти данных от цифровых регистраторов, блок памяти координат цифровых регистраторов, блок памяти границ энергосистемы, блок формирования графа электрической сети энергосистемы, вход которого соединен с выходом блока памяти границ энергосистемы, блок построения координатной сетки, вход которого объединен с входом блока памяти координат цифровых регистраторов и соединен с выходом блока формирования графа электрической сети энергосистемы, блок формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов графа, вход которого соединен с выходом входом блока памяти координат цифровых регистраторов, блок присвоения значений данных маркированным узлам, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами блока памяти данных от цифровых регистраторов, блока формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов графа и блока построения координатной сетки, соответственно, блок расчета интерполированных данных, вход которого соединен с выходом блока присвоения значений данных маркированным узлам, блок памяти значений частоты, первый и второй входы которого соединены с выходами блока присвоения значений данных маркированным узлам и блока расчета интерполированных данных, соответственно, а также блок оценки динамики изменений частоты, вход которого соединен с выходом блока памяти значений частоты. 2 ил.

Полезная модель относится к информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использована в устройствах для обработки результатов векторной регистрации параметров, получаемых регистраторами параметров электрического режима на отдельных объектах (узлах) энергосистемы, в частности, для определения параметров переходных режимов в энергосистеме, например, динамики изменения частоты электрического тока и напряжения в произвольных узлах энергосистемы.

В настоящее время на объектах ЕЭС России установлены цифровые регистраторы параметров электрического режима, результаты измерений которых синхронизированы по времени с помощью спутниковой системы глобального позиционирования (GPS), и объединены в систему мониторинга переходных режимов (СМПР).

Получаемая с помощью СМПР синхронизированная информация может быть использована, в том числе, и для количественной оценки параметров переходного режима, например, интерполяционной оценки динамики изменения частоты электрического тока и напряжения в произвольных узлах энергосистемы.

Известно устройство для регистрации параметров переходных режимов изменения напряжения и тока в электрических сетях при авариях, содержащее группу аналоговых датчиков, группу цифровых датчиков, многоканальные первый аналоговый и второй цифровой коммутаторы, формирователь модуля, нуль-орган, источник опорных напряжений, дешифратор, первое, второе и третье оперативные запоминающие устройства, постоянное запоминающее устройство, микроконтроллер, таймер, первый - четвертый одноканальные аналоговые коммутаторы, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй аналоговые компараторы, регистр, первый - пятый счетчики, первый - третий триггеры, элемент И-НЕ, первый - пятый элементы И, первый - четвертый элементы ИЛИ, первый - шестнадцатый одновибраторы, числовой компаратор и генератор тактовых импульсов [RU 2376625, C1, G06F 17/40, 20.12.2009].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.

Известно также устройство дистанционного контроля за параметрами тока и напряжения в высоковольтной части электроэнергетических систем, включая контроль за переходными процессами в этих системах, содержащее подключенный к высоковольтной сети высоковольтный измерительный модуль, включающий в себя магнитно-связанный с высоковольтной сетью пассивный преобразователь сетевого тока и/или электрически связанный с высоковольтной сетью пассивный преобразователь сетевого напряжения, при чем, высоковольтный измерительный модуль содержит блок вторичного электропитания, подключенные к блоку вторичного электропитания, магнитно-связанный с высоковольтной сетью низковольтный питающий трансформатор тока и/или электрически связанный с высоковольтной сетью и включенный в цепь пассивного преобразователя сетевого напряжения низковольтный питающий трансформатор напряжения с фильтрующим конденсатором, шунтирующим первичную обмотку, и параллельным ему демпфирующим резистором, активный преобразователь сигналов измерительной информации, соединенный с пассивным преобразователем сетевого тока и/или пассивным преобразователем сетевого напряжения и блоком вторичного электропитания и имеющий радиочастотный и/или оптический выходы для преобразованных сигналов измерительной информации, а пассивный преобразователь сетевого напряжения выполнен в виде последовательно соединенных высоковольтного опорного конденсатора и низковольтного плеча, причем, все элементы высоковольтного измерительного модуля, кроме высоковольтного опорного конденсатора, помещены в электрический экран, соединенный с сетевым проводом через дроссель и параллельный ему демпфирующий резистор [RU 2143165, С1, Н02Л 3/00, 20.12.1999].

Недостатком этого устройства также является относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для регистрации параметров переходных процессов изменения напряжения и тока в электрических сетях, содержащее группу аналоговых датчиков, группу цифровых датчиков, аналоговый и цифровой коммутаторы, первый-четвертый счетчики, группу оперативных запоминающих устройств, постоянное запоминающее устройство, микроконтроллер, таймер, регистр, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, D-триггеры, первый-четвертый одновибраторы [RU 2402067, С1, G06F 17/40, 20.10.2010].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно не позволяет определить динамику переходных процессов на объектах (в узлах) энергосистемы, в которых не размещены аналоговые и цифровые датчики.

Целью разработки полезной модели является создание инструмента, обеспечивающего повышение наблюдаемости энергосистемы и контроль качества регулирования частоты в энергосистеме в режиме реального времени.

Практической целью способа является информационная поддержка принятия решений оператором (диспетчером) при решении следующих задач:

- глобальный мониторинг уровня частоты в масштабах энергосистемы;

- оценка качества общего вторичного регулирования в энергосистеме;

- идентификация технологического возмущения и локализация места возмущения;

- мониторинг разделения энергосистемы на части;

- идентификация локальных и межзональных колебаний, уровня их демпфирования;

- повторение (проигрывание) аварийного события (технологического возмущения) в псевдореальном времени;

- пост-аварийный анализ.

Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, состоит в расширении функциональных возможностей системы за счет реализации возможности определения и сравнения значений частоты электрического тока и напряжения в узлах энергосистемы, в которых не установлены цифровые регистраторы СМПР.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы путем введения арсенала технических средств, позволяющих помимо регистрации динамики переходных процессов на объектах (в узлах) энергосистемы, в которых размещены цифровые регистраторы, регистрировать и переходные процессы на объектах (в узлах) энергосистемы, в которых цифровые регистраторы не установлены.

Поставленная задача реализуется, а требуемый технический результат достигается тем, что, в систему, содержащую блок памяти данных от цифровых регистраторов и блок памяти координат цифровых регистраторов, согласно предложенной полезной модели введены блок памяти границ энергосистемы, блок формирования графа электрической сети энергосистемы, вход которого соединен с выходом блока памяти границ энергосистемы, блок построения координатной сетки, вход которого объединен с входом блока памяти координат цифровых регистраторов и соединен с выходом блока формирования графа электрической сети энергосистемы, блок формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов графа, вход которого соединен с выходом блока памяти координат цифровых регистраторов, блок присвоения значений данных маркированным узлам, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами блока памяти данных от цифровых регистраторов, блока формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов графа и блока построения координатной сетки, соответственно, блок расчета интерполированных данных, вход которого соединен с выходом блока присвоения значений данных маркированным узлам, блок памяти значений частоты, первый и второй входы которого соединены с выходами блока присвоения значений данных маркированным узлам и блока расчета интерполированных данных, соответственно, а также блок оценки динамики изменений частоты, вход которого соединен с выходом блока памяти значений частоты.

На чертеже представлены:

на фиг.1 - функциональная схема системы оценивания динамики изменения частоты в узлах электроэнергетической системы;

на фиг.2 - пример визуализации динамики изменения частоты электрического тока и напряжения в масштабах энергосистемы.

Система оценивания динамики изменения частоты в узлах электроэнергетической системы (фиг.1) содержит блок 1 памяти данных от цифровых регистраторов, блок 2 памяти координат цифровых регистраторов, блок 3 памяти границ энергосистемы и блок 4 формирования графа электрической сети энергосистемы, вход которого соединен с выходом блока 3 памяти границ энергосистемы.

Система оценивания динамики изменения частоты в узлах электроэнергетической системы содержит также блок 5 построения координатной сетки, вход которого объединен с входом блока 2 памяти координат цифровых регистраторов и соединен с выходом блока 4 формирования графа электрической сети энергосистемы, блок 6 формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов графа, вход которого соединен с выходом блока 2 памяти координат цифровых регистраторов, блок 7 присвоения значений данных маркированным узлам, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами блока 1 памяти данных от цифровых регистраторов, блока 6 формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов и блока 5 построения координатной сетки, соответственно.

Кроме того, система оценивания динамики изменения частоты в узлах электроэнергетической системы содержит блок 8 расчета интерполированных данных, вход которого соединен с выходом яблока 7 присвоения значений данных маркированным узлам, блок 9 памяти значений частоты, первый и второй входы которого соединены с выходами блока 7 присвоения значений данных маркированным узлам и блока 8 расчета интерполированных данных, соответственно, а также блок 10 оценки динамики изменений частоты, вход которого соединен с выходом блока 9 памяти значений частоты.

Примеры выполнения блоков системы и их алгоритмы работы раскрываются ниже.

Работает система оценивания динамики изменения частоты в узлах электроэнергетической системы следующим образом.

В качестве предварительной процедуры до начала циклического расчета в блоке 3 памяти границ энергосистемы, который может быть выполнен в виде блока памяти, задается область границ энергосистемы, что необходимо для построения в последующем графа электрической сети энергосистемы на плоскости.

В блоке 4, выполненном в виде специализированного вычислительного устройства с памятью, в который предварительно заносится информации о координатах объектов (узлов) энергосистемы и величинах сопротивления между ними, формируется граф электрической сети энергосистемы. Координаты узлов графа соответствуют географическому расположению объектов энергосистемы (энергообъектов и элементов сети), а расстояние между узлами графа - пропорционально взаимным сопротивлениям (величинам, обратным взаимным проводимостям) между ними. Эти данные заносятся в упорядоченном виде в ячейки памяти блока 4. Актуализацию параметров графа можно производить не на каждом цикле расчета, а, например, через заданное количество циклов или при резком изменении схемно-режимной ситуации.

На сформированном в блоке 4 графе электрической сети энергосистемы в блоке 2 памяти координат цифровых регистраторов проводится идентификация узлов графа (привязка к упорядоченным узлам графа, сформированным в блоке 4), соответствующих объектам энергосистемы, на которых установлены регистраторы СМПР. Такие узлы становятся маркированными узлами графа.

Для идентифицированных и промаркированных в блоке 2 узлов графа электрической сети энергосистемы в блоке 6, выполненном в виде специализированного вычислительного устройства, проводится построение по выбранному математическому алгоритму триангуляции конечного множества маркированных узлов графа сети энергосистемы, например, по наиболее распространенному алгоритму триангуляции Делоне на плоскости области построения графа.

Кроме того, на заданной в блоке 3 области построения графа в блоке 5 формируется равномерная прямоугольная сетка. Шаг сетки определяется таким образом, чтобы соблюдалось условие, при котором все узлы графа, сформированного в блоке 4, должны находиться в узлах сетки.

В блок 1, выполненном в виде блока оперативной памяти, поступают результаты измерения частоты электрического тока и напряжения на текущий момент времени от цифровых регистраторов параметров электрического режима, установленных на объектах энергосистемы. Результаты измерений синхронизированы по времени с помощью спутниковой системы глобального позиционирования (GPS) и цифровые регистраторы объединены в систему мониторинга переходных режимов (СМПР).

Собранные в блоке 1 значения частоты в блоке 7, выполненном, например, в виде регистра памяти, присваиваются промаркированным в блоке 2 узлам графа, а также узлам сформированной в блоке 5 равномерной прямоугольной сетки, в которых находятся маркированные узлы графа. В блоке 8, выполненном в виде специализированного устройства вычислительной техники, производится расчет значений частоты в не промаркированных узлах равномерной прямоугольной сетки, сформированной в блоке 5, посредством, например, кубической интерполяции значений частоты, присвоенных в блоке 7 маркированным узлам, на картине триангуляции Делоне, построенной в блоке 6. При количестве маркированных узлов более ста рекомендуется применение в блоке 8 билинейной интерполяции. В блоке 9 производится присвоение всем узлам графа электрической сети энергосистемы значений частоты Wt в узлах равномерной прямоугольной сетки, в которых находятся узлы графа. Эти значения используются в блоке 10 для оценки динамика изменения частоты электрического тока и напряжения в произвольных узлах энергосистемы через разность частот в этих узлах на последовательных циклах расчета

W=Wt-Wt-t

Полученные результаты позволяют оценивать динамические свойства энергосистемы, в том числе скорость изменения частоты электрического тока и напряжения в произвольных узлах энергосистемы относительно приращения времени t

W/t=(Wt-Wt-t)/t

Таким образом, благодаря введению дополнительного арсенала технических средств, в частности, благодаря тому, что введены блок памяти границ энергосистемы, блок формирования графа электрической сети энергосистемы, вход которого соединен с выходом блока памяти границ энергосистемы, блок построения координатной сетки, вход которого объединен с входом блока памяти координат цифровых регистраторов и соединен с выходом блока формирования графа электрической сети энергосистемы, блок формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов графа, вход которого соединен с выходом блока памяти координат цифровых регистраторов, блок присвоения значений данных маркированным узлам, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами блока памяти данных от цифровых регистраторов, блока формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов графа и блока построения координатной сетки, соответственно, блок расчета интерполированных данных, вход которого соединен с выходом блока присвоения значений данных маркированным узлам, блок памяти значений частоты, первый и второй входы которого соединены с выходами блока присвоения значений данных маркированным узлам и блока расчета интерполированных данных, соответственно, а также блок оценки динамики изменений частоты, вход которого соединен с выходом блока памяти значений частоты, достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, поскольку обеспечивается возможность помимо регистрации динамики переходных процессов на объектах (узлах) энергосистемы, в которых размещены цифровые регистраторы, регистрировать и переходные процессы на объектах (узлах) энергосистемы, в которых цифровые регистраторы не установлены.

Кроме того, разработанная полезная модель может быть использована на практике для цветовой визуализации динамики изменения частоты электрического тока и напряжения в масштабах крупных энергосистем, например ЕЭС России, используя следующий алгоритм:

- построение частотной поверхности в трехмерном пространстве координат по координатам узлов прямоугольной сетки и интерполяционным значениям частоты в этих узлах;

- задание диапазона частот, подлежащего градиентной заливке цветом;

- задание границ соответствия цветовой заливки и значений выделяемых цветом частот;

- проведение градиентной заливки цветом частотной поверхности пропорционально величинам интерполяционных значений частоты в соответствии с заданными на предыдущем шаге границами (линейная интерполяция цвета);

- построение шкалы градиентной цветовой заливки в соответствии с заданными границами рядом с частотной поверхностью;

- нанесение графа сети на частотную поверхность с соблюдением цветовой палитры для обозначения класса напряжения иллюстрируемого объекта сети ЕЭС России (220 кВ - зеленый цвет, 500 кВ - красный цвет, 750 кВ - синий цвет);

- подпись названий маркированных узлов графа по названию иллюстрируемого объекта сети ЕЭС России.

На фиг.2 в черно-белом представлении приведены примеры визуализации динамических изменений частоты в крупной энергосистеме.

Таким образом, разработанная полезная модель может быть широко использована во многих практических приложениях.

Система оценивания динамики изменения частоты в произвольных узлах электроэнергетической системы, содержащая блок памяти данных от цифровых регистраторов и блок памяти координат цифровых регистраторов, отличающаяся тем, что введены блок памяти границ энергосистемы, блок формирования графа электрической сети энергосистемы, вход которого соединен с выходом блока памяти границ энергосистемы, блок построения координатной сетки, вход которого объединен с входом блока памяти координат цифровых регистраторов и соединен с выходом блока формирования графа электрической сети энергосистемы, блок формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов графа, вход которого соединен с выходом блока памяти координат цифровых регистраторов, блок присвоения значений данных маркированным узлам, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами блока памяти данных от цифровых регистраторов, блока формирования триангуляции конечного множества маркированных узлов графа и блока построения координатной сетки, соответственно, блок расчета интерполированных данных, вход которого соединен с выходом блока присвоения значений данных маркированным узлам, блок памяти значений частоты, первый и второй входы которого соединены с выходами блока присвоения значений данных маркированным узлам и блока расчета интерполированных данных, соответственно, а также блок оценки динамики изменений частоты, вход которого соединен с выходом блока памяти значений частоты.



 

Похожие патенты:
Наверх