Оптимальный регулятор частоты и перетоков мощности энергосистемы

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системах управления частотой и перетоками активной мощности энергосистемы . Цель изобретения - повышение качества регулирования. Оптимальный регулятор частоты и перетоков мощности энергосистемы содержит блок 1 вычисления управляющих воздействий, блок 2 интеграторов , генератор 3 синусоидального напряжения , генератор 4 прямоугольных импульсов, блок 5 модуляторов, блок 6 выпрямителей и блок 7 сумматоров. Цель изобретения достигается за счет введения блоков 2 и 7 и нового выполнения блока 1. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. JT IX

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 05 В 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4431853/24 (22) 27.05.88 (46) 15.04.91. 6юл, й. 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) С.И.Хмельник (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1339492, кл. G 05 В 13/00, 1987. (54) ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ И ПЕРЕТОКОВ МОЩНОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использоЫЛ„, 1642444 А1 вано в системах управления частотой и перетоками активной мощности энергосистемы, Цель изобретения — повышение качества регулирования, Оптимальный регулятор частоты и перетоков мощности энергосистемы содержит блок 1 вычисления управляющих воздействий, блок 2 интеграторов, генератор 3 синусоидального напряжения, генератор 4 прямоугольных импульсов, блок 5 модуляторов, блок 6 выпрямителей и блок 7 сумматоров. Цель изобретения достигается за счет введения блоков 2 и 7 и нового выполнения блока 1.

1 з,п, ф-лы, 3 ил, 1642444

Изобретение относится к автоматиче< кому управлению и может быть использовано в системах управления частотой и пеоетоками активной мощности энергосистемы, Цель изобретения — повышение качества регулирования.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого регулятора; на фиг.2 — электрическая схема блока вычисления управляющих воздействий; на фиг,3 — блок-схема управляемого вентиля переменного тока.

Оптимальный регулятор частоты содержит (фиг.1) блок 1 вычисления управляющих воздействий, блок 2 интеграторов, генератор 3 синусоидального напряжения, генератор 4 прямоугольных импульсов, блок 5 модуляторов, блок 6 выпрямителей и блок 7 сумматоров.

Блок 1 содержит (фиг.2) управляемые вентили 8 переменного тока. трансформаторы 9 и резисторы 10.

Управляемый вентиль переменного тока содержит (фиг.3) вентиль 11 переменного тока, первый 12 и второй 13 элементы И и пороговый элемент 14.

Оптимальный регулятор (фиг,1) работает следующим образом, Из объекта регулирования на вход обратной связи регулятора поступает вектор состояния (вектор регулируемых величин) х, а на вход объекта регулирования с выхода регулятора — вектор управляющих воздействий U. Кроме того, на задающий вход регулятора подается вектор уставок хо. Компоненты xm u xm векторов х и х формируются в объекте регулирования в виде напряжений, изображающих m-е состояние объекта в данный момент и m-ю уставку.

Напряжения xm и xm . пропорциональные регулируемым величинам и уставкам, подаются на m-й сумматор в блоке 7 сумматоров, В результате на выходе этого сумматора образуется величина

Vm = Ь.(х. - х.о), где Ьп1 — известный коэффициент.

На выходе блока 7 сумматоров в целом образуется вектор

V= В(х-х ) .

> где х,хо, Ч вЂ” векторы с компонентами

xm xm Ч „соответственно,  — диагональная матрица элементов

bm, Вектор Ч подается на вход 2 интеграторов, который вырабатывает вектор напряжений, пропорциональных интегралу от V, Эти напряжения подаются на управляющий вход блок 5 модуляторов, который вырабатывает переменные токи с действующим значением 1, пропорциональным напряжениям на управляющем входе. Таким образом, на входе блока 1 появляется вектор переменных токов с действующим значением

10

f Ч dt, (2)

to которому соответствует вектор 0 переменных напряжений.

Блок 1 работает следующим образом.

Обозначим через I, d векторы действующих значений синусоидальных токов через

15 резисторы 10 и управляемые вентили 8 переменного тока (фиг.2) соответственно. Кроме того, обозначим через r диагональную матрицу с элементами In, равными сопро20 тивлениям резисторов 10, а через Н матрицу коэффициентов трансформации трансформаторов 9.

Матрица трансформаторов 9 описывается уравнениями:

25 (3) (4) 0=H Ll;

l + H(l + d) = 0, 30 где Т вЂ”. знак транспонирования.

Вектор 1 определяется соотношением (5) I=r li

Управляемые вентили 8 переменного тока (фиг.3) блока 1 функционируют следующим образом

Вырабатываемые генератором 4 пря40 моугольные импульсы поступают на парафазный вход этого вентиля. Если при этом на выходе порогового элемента 14 присутствует положительный потенциал, то на выходах элементов И I2 и 13 йоявляются импульсы, повторяющие импульсы на

его парафазном входе, Импульсы.на выходах элементоц И 12 и

13 поступают на парафазный управляющий вход вентиля 11 переменного тока.

При наличии таких импульсов вентиль 11 переменного тока ведет себя относительно действующих (положительных и отрицательных) значений напряжений Um тока б п между своими входом и выходом так же, KQK диоды в цепи постоянного тока.

При нулевом потенциале на выходе порогового щемента 14 не выходах элементов

И 12 и 13 также появляются нулевые потенциалы, которые закрывают вентиль 11 переменного тока.

1642444

Таким образом, управляемые вентили 8 переменного тока при положительном потенциале нааыходе порогового элемента 14 ведутсебя как вентиль11 переменноготока, а при отрицательном потенциале на выходе 5 порогового элемента 14 представляют собой разомкнутую цепь, На входы пороговых элементов 14, входящих в состав управляемых вентилей пере- 10 менного тока 8-m, подаются потенциалы

õm. Пороговый элемент 14 вырабатывает на своем выходе потенциал

em=0 при х > О;

em > О при хп О.

Отсюда следует, что управляемый вентиль переменного тока 8 — гл при Gm > 0 ведет себя как вентиль 11 переменного тока, а при 20

em = О представляет собой:разомкнутую цепь.

Таким образом, управляемый вентиль переменного тока 8 — m функционирует в соответствии со следующим соотношени- 25 ем: если xm > О, то Um неограничено и dm = О; если хпi О, o Um 0, dm О, Umdm = 0, 30 т.е. представляет собой либо вентиль переменного тока (при xm О), либо разомкнутую цепь(при xm > О).

Блок 5 модуляторов является источником синусоидальных токов I определенной З5 величины, а на его выходе имеется выходное напряжение U. Таким образом, трансформаторы 9, вентили 8, резисторы 10 и блок 5 модуляторов описываются такими же уравнениями относительно действую- 40 щих значений напряжений и токов, какими описываются матрица трансформаторов постоянного тока, диоды, резисторы и источники постоянного тока. В электрических цепях постояного тока, содержащих такие 45 элементы, максимизируется разность между мощностью источников тока и половиной мощности тепловых потерь в резисторах при ограничениях, которыми являются соотношения между напряжени- 50 ями в трансформаторах и положительность напряжений на диодах (соотношения между токами в трансформаторах и закон

Ома для резисторов в ограничения не входят). В данном случае это означает, 55 что в рассматриваемой электрической цепи напряжения L U и токи I являются решением следующей задачи квадратичного программирования;

IU — — U r Li =- max;

1 r-1

U=H О;

U >0при х <О;

U неограничено при х > О, где Т вЂ” знак транспонирования.

Рассмотрим теперь задачу оптимального управления вида

f ((х — х0) В(х — х") + U G Щdt= min;

to х=нтц; х >О, (7) где х — вектор состояния объекта регулирования, х — вектор уставок; х — производная по времени от вектора состояния;

Ll — вектор управлений;

Н вЂ” матрица, характеризующая объект регулирования;

В,G — матрицы весовых коэффициентов.

В соответствии с принципом максимума эта задача сводится к задаче вида (1), (2), (б), если обозначить U=x, G= r

Следовательно, предлагаемое устройство решает задачу.(7) оптимального управления с интегральным показателем качества. Эта задача отличается от решаемой в прототипе тем, что в прототипе минимизируется функционал, являющийся подынтегральным выражением в данной задаче.

Примером задачи управления, для решения которой может быть использован предлагаемый регулятор, является задача автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности в энергосистеме. Эта задача сводится к задаче, решаемой предлагаемым устройством, если принять, что х — вектор измерений частоты, активной мощности перетоков по линиям электропередач и активной мощности электростанций; х — вектор уставок по частоте и активной мощности;

Н вЂ” матрица коэффициентов влияния генерируемых активных мощностей на частоту и измеряемые активные мощности;

B,G — матрицы весовых коэффициентов в показатели качества регулирования;

U — вектор управляющих воздействий, т.е. заданий на изменение генерируемой активной мощности электростанций.

1642444

Формула изобоетения 1. Оптимальный регулятор частоты и перетоков мощности энергосистемы, содержащий генератор синусоидального напряжения, подключенный выходом к управляющему входу блока модуляторов и входу генератора прямоугольных импульсов, выходы блока модуляторов и генератора прямоугол ьных импульсов соединены соответственно с информационным и парафазным управляющим входами блока вычисления управляющих воздействий, включающего несколько групп резисторов и трансформаторов, первые выводы групп резисторов и первичных обмоток трансформаторов образуют выход блока вычисления управляющих воздействий, а их вторые выводы соединены с общей шиной, первые выводы вторичных обмоток первой группы трансформаторов образуют информационный вход блока вычисления управляющих воздействий, их вторые выводы через последовательно соединенные вторичные обмотки соответствующих трансформаторов остальных групп подключены к общей шине, выход блока вычисления управляющих воздействий через блок выпрямителей соединен с выходом оптимального регулятора, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения качества регулирования, в него введены блок сумматоров и блок интеграторов, а в блок вычисления управляющих воздействий — группа управляемых вентилей переменного тока, управляющие и парафазные управляющие входы образуют соответственно управляющий

5 и парафазный управляющий входы блока вычисления управляющих воздействий, информационные входы соединены с первыми выводами вторичных обмоток первой группы трансформаторов, а выходы — с

10 общей шиной, вход обратной связи и управляющий вход блока вычисления управляющих воздействий подключены к первому входу блока сумматоров, второй вход которого является входом задания оптималь15 ного регулятора, а выход через блок интеграторов соединен с информационным входом блока модуляторов.

2. Регуляторпоп1,отл ичающийс я тем, что управляемый ве»,иль перемен20 ного тока содержит вентиль переменного тока, пороговый элемен и два элемента И, парафазный вход управляемого вентиля переменного тока соединен с первыми входами элементов И, к вторым входам которых

25 через пороговый элемент подключен управляющий вход управляемого вентиля переменого тока, информационный вход и выход вентиля переменного тока является информационным входом и выходом управЗО ляемого вентиля переменного тока, и управляющие входы вентиля переменного тока соединены с выходами элементов.

1642444

Составитель В. Башкиров

Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид

Редактор А. Лежнина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1147 Тираж 476 Подписное

ВНИИПИ Гоеударетвенного комитета пе изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5