Устройство для моделирования п-проводной несимметричной линии электропередачи

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я п 429436

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 28.04.72 (21) 1778820/18-24 с присоединением заявки № (32) Приоритет (5I) М. Кл. С 06g 7/62

Государственный комитет

Совета 14инистров СССР па делам изобретений и открытий

Опубликовано 25.05.74. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 17.10.74 (53) УДК 681.333(088.8) (72) Автор изобретения

Ю. П. Шкарин (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ и-ПРОВОДНОЙ

HECHMHETPH×H0A ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Изобретение относится к аналогово-вычислительной технике и может быть применено для исследования работы несимметричных высоковольтных линий и вопросов, связанных с релейной защитой этих линий.

Известны устройства для моделирования воздушных высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) с помощью цепочечной модели, состоящей из некоторого количества ячеек.

Каждая ячейка, являющаяся П-образным многополюсником, моделирует участок линии, максимальная длина которого определяется специальным расчетом. Ячейка состоит из катушек индуктивности, взаимоиндуктивности (трансформаторов), активных сопротивлений и емкостей. При необходимости моделирования линии, длина которой превышает максимально допустимую длину, эквивалентируемую одной ячейкой, модель составляется из нескольких цепочечно соединенных ячеек.

Основное затруднение, встречающееся при моделировании несимметричной и-проводной

ВЛ, заключается в сложности практической реализации системы взаимных продольных сопротивлений с учетом влияния земли с конечной проводимостью. В этом случае и-проводная ВЛ изображается с помощью 2 а цепочек RLC (n цепочек — провода ВЛ и и цепочек, отображающих влияние земли), связанных друг с другом катушками взаимоиндуктивности, минимальное число которых равно 2и — и. При этом величина взаимоиндуктивности может зависеть от частоты.

Как правило, моделирование реальных ВЛ

5 производится при упрощающем предположении, что линия является симметричной. Такое упрощение в значительной степени облегчает построение модели, давая возможность строить ее без катушек взаимоиндуктивности

10 и учитывать влияние земли включением цепочки RL в обратный (и+1)-ый провод (шину нулевого потенциала). Однако при моделировании резко асимметричных ВЛ (например, с горизонтальным расположением проводов)

15 напряжением 330 кв и выше такое упрощение может привести к значительным погрешностям.

Цель изобретения — повышение точности моделирования и расширение рабочего диа20 пазона частот утройства.

Для этого предлагаемое устройство содержит блоки преобразования, выполненные в виде и-групп трансформаторов по и трансформаторов в каждой группе, причем первичные

25 обмотки трансформаторов в каждой группе первого блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствую.цим входам устройства и к шине нулевого потенциала, а вторичные обмотки трансформато30 ров, по одной из каждой группы, соединены

4294,36

U UI начала — А конца последовательно и подключены к входам моделей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала, при этом вторичные обмотки трансформаторов в каждой группе второго блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствующим выходам устройства и к шине нулевого потенциала, а первичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к выходам моделей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала.

В основу построения предлагаемого устройства положен известный метод разложения системы напряжений и токов проводов несимметричной ВЛ на систему независимых мода льных (волновых) составляющих.

Известно, что однородный участок несимметричной и-проводной ВЛ может быть описан матричным уравнением типа А где U и 1 — столбцевые матрицы и-го порядка напряжений и токов проводов ВЛ;

А — квадратная матрица 2 n-ro порядка, связывающая напряжения и токи проводов в начале и конце ВЛ.

Известно также, что матрица А может быть представлена в виде

A=NA.,Х -= " ""() ""() Х

0 () — ) An s) А ц,)

Х (2) где N — квазидиагональная матрица 2 n-ro порядка, блоки которой Х и (Х вЂ” ) являются квадратными матрицами и-го порядка;

A(.) — квадратная матрица 2 и-го порядка, блоки которой Аt1(s)> A22(s) являются диагональными матрицами и-го порядка.

Матрица N описывает (2 и+1)-полюсный идеальный преобразователь системы напряжений и токов проводов в систему модальных напряжений и токов.

Матрица Х является матрицей собственных векторов произведения матрицы Z продольных погонных сопротивлений реальной ВЛ на матрицу Y поперечных погонных проводимостей этой линии.

Матрица А а) описывает систему и не связанных одна с другой однопроводных линий с общим идеальным обратным проводом, погонные продольные сопротивления и поперечные проводимости которых равны соответствующим элементам диагональных матриц

Z(s) — ),- () - ) и Y(s) = ), Y). (3) Таким образом, реальная и-проводная несимметричная ВЛ может быть представлена в виде цепочечного соединения (2 а+1)-полюсника N, и однопроводных линий с общим идеальным обратным проводом и (2»n+1)-полюсника N —, 5

4

Схема предлагаемого устройства для моделирования несимметричной ВЛ представлена на фиг. 1, где N, N- — многополюсники (блоки преобразования); — le — 1л — < Zb (1), у (1),..., Zb (и) у (n) — четырехполюсники (модели однопроводной линии); — 2) — 2 3— общий обратный провод (шина нулевого потенциала) .

Расчеты, произведенные на ЭВМ, показывают, что в диапазоне частот до 5 — 10 кгц практически для всех типов ВЛ, а в диапазоне частот до 500 †10 кгц для всех трехпроводных ВЛ, элементы матриц Х близки к действительным числам и относительно мало зависят от частоты и удельного сопротивления земли.

Если элементы матрицы Х чисто действительные величины, то схема блока преобразования N (и N — ) может быть представлена в виде и последовательно-параллельно соединенных идеальных трансформаторов, как показано на фиг. 2.

Идентичность блока преобразования по схеме фиг. 2 и многополюсника N, следует из того, что для обоих справедливы одни и те же матричные уравнения, преобразующие систему напряжений и токов ВЛ в систему модальных напряжений и токов и обратно, U(s) — ) — ЧУ; 1 = () — ) 1,) (4)

Коэффициент трансформации идеального трансформатора и),; по схеме фиг. 2 равен значению К;-того элемента матрицы Х вЂ” .

Схема блока преобразования 1 — идентична схеме блока преобразования 1> при обратном направлении передачи сигнала.

Для схемы фиг. 2 могут быть использованы реальные трансформаторы с достаточно малыми потерями, рассеянием, межвитковой и межобмоточной емкостями и достаточно большой индуктивностью обмоток.

Моделирование однопроводных линий, соответствующих независимым модам распространения сигнала между концами несимметричной ВЛ, осуществляется цепочкой П-образных ячеек (на схеме фиг. 1 это четырехполюсники Z) — 2 —. 2„.

Схема ячеек представлена на фиг, 3. Набор параллельных цепочек R+L в одной ячейке не превышает трех и необходим для получения заданной зависимости продольного сопротивления от частоты.

Обратный провод принимается общим для всех однопроводных линий и соединяет «земляные» зажимы многополюсников 1, и lz и имитируется проводником с достаточно малым сопротивлением.

При включении предлагаемого устройства между некоторым источником э.д.с. с одной, например левой, стороны, и нагрузкой с другой (правой) стороны, напряжения и токи на входе устройства, равные напряжениям и токам реальной ВЛ при заданных граничных условиях, трансформируются в соответствии со специально выбранными коэффициентами

429436

Риз 7 трансформации трансформаторов и обуславливают модальные напряжения и токи на входах моделей однопроводных линий, Так, например, напряжение U< первой моды оказывается равным

U> — n»U> + 4 а а + 1з з второй моды

U(2) — г Uü + па2Уг + 2э lэ и т. д.

Напряжение и ток от входа каждой модели однопроводной линии передаются через схему этой модели к ее выходу, изменяясь по фазе и величине, так же как они изменялись бы в моделируемой однопроводной ВЛ с определенными в соответствии с формулой (3) первичными параметрами.

Здесь эти напряжения и токи трансформируются во втором блоке преобразования и обуславливают напряжения и токи на выходе устройства, равные напряжениям и токам реальной ВЛ при заданных граничных условиях.

Так, например, ток первого провода ВЛ оказывается равным

I,ä: п„1(() + n„l(>+ n„l(3)) ток второго провода

Ià — t4,l(i> + n»I(z + з21(з) и т.д.

Предлагаемое устройство может быть использовано при моделировании несимметричных ВЛ напряжением 330 кв и выше, необходимом для исследования вопросов, связанных с релейной защитой этих линий, при моделировании передачи постоянного тока 800 и

1500 кв для исследования работы этих передач и т. д.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования и-проводной несимметричной линии электропередачи, со10 держащее модели однопроводных линий, соединенных с шиной нулевого потенциала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования и расширения рабочего диапазона частот устройства, оно содер15 жит блоки преобразования, выполненные в виде и-групп трансформаторов по и трансформаторов в каждой группе, причем первичные обмотки трансформаторов в каждой группе первого блока преобразования соединены па20 раллельно и подключены к соответствующим входам устройства и к шине нулевого потенциала, а вторичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к входам мо25 делей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала, вторичные обмотки трансформаторов в каждой группе второго блока преобразования соединены параллельно и подключены к соответствующим выходам устрой30 ства и к шине нулевого потенциала, а первичные обмотки трансформаторов, по одной из каждой группы, соединены последовательно и подключены к выходам моделей однопроводных линий и к шине нулевого потенциала.

4294,36

Фиг 3

Риг Г

Составитель Е. Тимохина

Техред T. Курилко

Редактор Т. Иванова

Корректор Т. Хворова

Заказ 2761/! 6 Изд. № 866 Тираж 624 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2