Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ НЕСИММЕТРИЧНОЙ ТРЕХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ НА ЧАСТОТАХ ЯВНО ВЫРАЖЕННЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ

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

Передача электрической энергии по протяженным ЛЭП, а также электрической 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]. В результате согласования ЛЭП с электрической нагрузкой пропускная способность линий электропередачи повышается вследствие исключения отраженной волны. 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.

Известно условие согласованного режима работы однопроводной ЛЭП [2], на основании которого работает устройство [патент RU 2390924], где реализован согласованный режим работы однопроводной протяженной ЛЭП. Однако согласование несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП не может быть обеспечено одним лишь этим условием согласованного режима [2] из-за специфичности распространения напряжений и токов по трехпроводным ЛЭП [3].

Известны способы согласования линий связи с нагрузкой [4]. Однако применяемые здесь технические элементы, такие как дифференциальный усилитель, не предназначены для работы на высоком напряжении (1 кВ и выше), а это значит, что специфика реализации способов [4] достаточно своеобразна и неприменима в протяженных линиях электропередачи высокого напряжения.

Задача изобретения - формирование способа согласования несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП с электрической нагрузкой на частотах всех явно выраженных гармонических составляющих токов и напряжений.

Технический результат заключается в обеспечении условий согласования несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи (35 кВ и выше) с электрической нагрузкой на частотах всех ярко выраженных гармонических составляющих токов и напряжений, выполнение которых повлечет за собой снижение потерь электрической энергии, повышение пропускной способности линии, уменьшение степени искажения кривых напряжения и тока.

Технический результат достигается тем, что способ согласования несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой на частотах всех явно выраженных гармонических составляющих токов и напряжений, заключающийся в том, что исходная информация о напряжениях и токах в линии через устройства сопряжения или датчики поступает в процессор, отличающийся тем, что в процессоре проверяются поочередно условия согласования всех явно выраженных гармонических составляющих токов и напряжений несимметричной трехфазной трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой для каждого провода линии в результате сравнения действительного и эталонного значений сопротивлений нагрузки, напряжений в конце линии или токов, поступающих в нагрузку, и формируются управляющие сигналы для фильтров высших гармонических составляющих токов и напряжений различных модификаций и корректирующих органов, в качестве которых использованы устройства РПН силовых трансформаторов, или автотрансформаторы, или автоматизированные технологические комплексы, или накопители электроэнергии, или источники активной мощности.

Реализации изобретения предшествует операция выявления явно выраженных гармонических составляющих напряжения и тока. Эту операцию можно выполнить по алгоритму, предложенному в патенте RU 2262174 [5]. Пусть это будут (в качестве примера) одиннадцатая и тринадцатая гармоники.

Сущность изобретения поясняется схемами: на (рис. 1) показан алгоритм обеспечения и поддержания согласования трехпроводной неизолированной ЛЭП с электрической нагрузкой на частоте одиннадцатой гармоники; на (рис. 2) - для частоты тринадцатой гармоники; на (рис. 3) представлена схема алгоритма работы процессора для величин электрической энергии на частоте одиннадцатой и тринадцатой гармоник; на (рис. 4) показан алгоритм выполнения логической операции для величин электрической энергии на частоте одиннадцатой гармоники; на (рис. 5) показан алгоритм выполнения логической операции для величин электрической энергии на частоте тринадцатой гармоники.

На рисунках показаны:

1 - корректирующий орган, такой как РПН трансформатора (KO1);

2 - трансформатор, питающий ЛЭП напряжением 35 кВ или выше (Т1);

3 - устройства сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в начале ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте одиннадцатой гармоники ;

4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

5 - процессор (П);

6 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

7 - показывающий или самопишущий прибор (РО);

8 - ЛЭП напряжением 35 кВ или выше (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ);

9 - блок фильтров высших гармонических составляющих на частоте одиннадцатой гармоники (Ф₁₁);

10 - понижающий трансформатор, напряжением 220 кВ/10 кВ (Т2);

11 - устройства сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в конце ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте одиннадцати той гармоники ;

3; 11 - устройства сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в начале ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте одиннадцатой гармоники 3 ; устройства сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в конце ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте одиннадцатой гармоники 11 ;

12 (Т5), 13 (Т4), 14 (Т3) - понижающие трансформаторы, напряжением 10 кВ/0,85 кВ;

15 - корректирующий орган (КО2), такой как РПН понижающего трансформатора напряжением 220 кВ/10 кВ, 10 (Т2);

16 (VD3), 17 (VD2), 18 (VD1) - преобразователи, выполненные в виде выпрямительных установок для электролизного завода, фаза А;

19 - корректирующий орган (КО3), такой как РПН понижающего трансформатора напряжением 10 кВ/0,85 кВ, 12-14 (Т5, Т4, Т3);

20 - обобщенная электрическая нагрузка на частоте одиннадцатой гармоники ;

21 - корректирующий орган (КО4), такой как система электролиза алюминия ТРОЛЛЬ;

22; 23 - обобщенное сопротивление нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники 22 ; согласованное обобщенное сопротивление нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники 23 ;

22 - обобщенное сопротивление нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники ;

23 - согласованное обобщенное сопротивление нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники ;

24 - устройства сопряжения , каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в начале ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте тринадцатой гармоники;

25 - блок фильтров высших гармонических составляющих на частоте тринадцатой гармоники (Ф₁₃);

26 - устройства сопряжения , каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в конце ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте тринадцатой гармоники;

24; 26 - устройства сопряжения 24 , каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в начале ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте тринадцатой гармоники; устройства сопряжения 26 , каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр, установленные в конце ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) и работающие на частоте тринадцатой гармоники;

27 - обобщенная электрическая нагрузка на частоте тринадцатой гармоники ;

28; 29 - обобщенное сопротивление нагрузки на частоте тринадцатой гармоники 28 , согласованное обобщенное сопротивление нагрузки на частоте тринадцатой гармоники 29 ;

28 - обобщенное сопротивление нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

29 - согласованное обобщенное сопротивление нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

30 - амплитудные значения напряжения нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

31 - амплитудные значения тока нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

32 - амплитудные значения напряжения нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники ;

33 - амплитудные значения тока нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники ;

34 - специализированная программа для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в линии электропередачи трехпроводного исполнения на частоте одиннадцатой гармоники (LEP3 v.1.00 (1)) [6];

35 - величина тока, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте одиннадцатой гармоники ;

36 - величина напряжения, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте одиннадцатой гармоники ;

37 - логический блок для одиннадцатой гармоники (А₁₁);

38 - определение разницы по сопротивлению ;

39 - определение разницы по напряжению ;

40 - коэффициент состояния режима, в случае если равен единице, значит, реализовано согласование ЛЭП трехпроводного исполнения с нагрузкой на частоте одиннадцатой гармоники, в противном случае этот коэффициент будет равен нулю ((Kuz=0) или (Kuz=1));

41 - амплитудные значения напряжения нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

42 - амплитудные значения тока нагрузки на частоте тринадцатой гармоники ;

43 - логический блок для тринадцатой гармоники А₁₃;

44 - специализированная программа для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в линии электропередачи трехпроводного исполнения на частоте тринадцатой гармоники (LEP3 v.1.00 (2)) [6];

45 - величина тока, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники ;

46 - величина напряжения, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники ;

47 - величина тока, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники ;

48 - величина напряжения, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники .

Суть предлагаемой разработки заключается в реализации при помощи технических средств условий согласования несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой [7-10], в формировании алгоритма обеспечения и поддержания согласованного режима работы протяженной несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП для всех явно выраженных гармонических составляющих токов и напряжений. Условия согласования несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП с электрической нагрузкой следует определять для каждого провода ЛЭП.

Пусть будет необходимо выполнить согласование фазы А с электрической нагрузкой на частоте одиннадцатой и тринадцатой гармонической составляющей тока и напряжения. Для фаз В и С алгоритм согласования с электрической нагрузкой будет аналогичным.

На (рис. 1) и (рис. 2) показан алгоритм обеспечения и поддержания согласования несимметричной трехфазной трехпроводной неизолированной ЛЭП с электрической нагрузкой соответственно на частоте одиннадцатой и тринадцатой гармоники. Здесь в качестве объекта согласования использована ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ). Кроме того, реализовано использование следующего электротехнического оборудования: трансформатора 2 (Т1), питающего ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ); блоки фильтров 9 (Ф₁₁) и 25 (Ф₁₃) - высших гармонических составляющих токов и напряжений, представляющих собой отдельно, для каждой гармоники, действующие устройства и могут работать как на первичном напряжении трансформаторов: 14 (Т3), 13 (Т4), 12 (Т5), так и на вторичном напряжении этих же трансформаторов; 10 (Т2) и 14 (Т3); 13 (Т4); 12 (Т5) - две различные группы понижающих трансформаторов, имеющих отличные друг от друга номинальные характеристики; 18 (VD1); 17 (VD2); 16 (VD3) - группа преобразователей, выполненных в виде выпрямительных установок для электролизного завода, фаза A, представляющих в данном случае обобщенную электрическую нагрузку 20 (рис. 1), 27 (рис. 2). Блоки 10, 14, 13, 12 (Т2-Т5), 9 (Ф₁₁) (Рис. 1), 25 (Ф₁₃) (рис. 2), 18, 17, 16 (VD1-VD3) и 20 (рис. 1), 27 (рис. 2) образуют общий блок для каждой гармоники, полное сопротивление которого при достижении согласованного режима работы ЛЭП определяется величиной 23 (рис. 1) и 29 (рис. 2), а в иных случаях для каждой гармоники - 22 (рис. 1) и 28 (рис. 2). В данных случаях полное сопротивление 23 (рис. 1) и 29 (рис. 2) являются эталонными величинами, к которым должны стремиться значения 22 (рис. 1) и 28 (рис. 2) в процессе исполнения предлагаемого алгоритма.

Основным блоком работы алгоритма способа согласования трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой является процессор 5 (П) (рис. 1) и (рис. 2), где выполняется анализ сведений о состоянии обобщенного сопротивления нагрузки 22 или 23 (рис. 1) и 28 или 29 (рис. 2). Эти сведения в процессор 5 (П) поступают от устройств сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения, спектрометр 3 и 11 - на частоте одиннадцатой гармоники; датчики тока и напряжения, спектрометр 24 и 26 - на частоте тринадцатой гармоники, где анализируемые характеристики электрической энергии доводятся до величин, воспринимаемых компьютерной техникой. Датчики 3 , 24 устанавливаются и используются для сбора сведений о напряжениях и токах в начале исследуемой протяженной несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 35кВ ИЛИ ВЫШЕ), а датчики 11 , 26 - в конце этой линии электропередачи. В качестве датчиков 3 , 11 , 24 и 26 могут быть использованы трансформаторы напряжения и тока, спектрометры, а также делители напряжения и шунты переменного тока.

Аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП) (рис. 1) и (рис. 2) позволяет сформированные в датчиках 3 , 11 , 24 и 26 аналоговые сигналы преобразовать в дискретные. Цифроаналоговый преобразователь 6 (ЦАП) позволяет сформированные в виде дискретных сигналов в процессоре 5 (П) команды корректирующим органам 1 (КО1), 15 (КО2), 19 (КО3), 21 (КО4), 9 (Ф₁₁) (рис. 1) и 25 (Ф₁₃) (рис. 2) преобразовать в аналоговые. В данном случае в качестве корректирующих органов 1 (КО1), 15 (КО2) и 19 (КО3) использованы устройства РПН силовых трансформаторов, в качестве фильтрующих устройств: одиннадцатой гармоники 9 (Ф₁₁) (рис. 1) использованы фильтры, применяемые для минимизации лишь одной одиннадцатой гармонической составляющей тока и напряжения, фильтры тринадцатой гармоники 25 (Ф₁₃) (рис. 2) использованы для минимизации лишь одной тринадцатой гармонической составляющей тока и напряжения, а в качестве 21 (КО4) - система электролиза алюминия ТРОЛЛЬ [11, 12], накопители электроэнергии, источники активной мощности, такие как маломощные гидроэлектростанции или электростанции других типов, синхронные компенсаторы, позволяющие изменять величину полного сопротивления обобщенной нагрузки 22 (рис. 1) или 28 (рис. 2) путем воздействия на технологический процесс. На (рис. 1) это сопротивление обозначено символом 20 , на (рис. 2) это сопротивление обозначено символом 27 .

Результаты действия описываемого алгоритма выводятся на показывающий или самопишущий прибор 7 (РО).

Схема алгоритма работы процессора 5 (П) для частот одиннадцатой, тринадцатой гармоник представлена на (рис. 3). Схема (рис. 3) достаточно проста: из 4 (АЦП) в процессор 5 (П) поступают амплитудные значения тока 33 и напряжения 32 нагрузки, затем определяется величина сопротивления 22 . Определенные таким образом величины 33 , 32 , 22 подаются в следующий блок 37 (A₁₁).

Блок 34 (LEP3 v.1.00 (1)) на (рис. 3) иллюстрирует использование в предлагаемом способе согласования несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой специализированной программы для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в несимметричной линии электропередачи трехфазного трехпроводного исполнения на частоте одиннадцатой гармоники [6]. При помощи программы определяются действующие значения комплексных величин токов и напряжений, постоянные распространения волн электромагнитного поля по проводам ЛЭП, величины собственных и взаимных волновых сопротивлений. В блоках 35 , 36 и 47 , 48 (рис. 3) формируются величины токов и напряжений в конце несимметричной линии соответственно на частоте одиннадцатой и тринадцатой гармоники, какими должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой. Эти токи и напряжения определяются следующим образом [7-10] для электрической энергии на частоте одиннадцатой гармоники:

1 случай (для первой постоянной распространения, первая пара волн электромагнитного поля):

; ; ,

где

;

;

;

;

;

;

, , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений на частоте одиннадцатой гармоники на клеммах электрической нагрузки (конец линии); , , - комплексные значения действующих величин линейных токов электрической нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники (конец линии); , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений на частоте одиннадцатой гармоники на клеммах источника питания (начало линии);

γ_1.11 - первая (условно) постоянная распространения волн электромагнитного поля на частоте одиннадцатой гармоники; l - длина рассматриваемого участка ЛЭП; , , - комплексные значения действующих величин линейных токов от источника питания (начало линии) на частоте одиннадцатой гармоники; , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений в начале рассматриваемого участка на частоте одиннадцатой гармоники. В; , , - комплексные значения действующих величин фазных токов в начале рассматриваемого участка ЛЭП на частоте одиннадцатой гармоники. A; , , - собственные волновые сопротивления на частоте одиннадцатой гармоники, Ом; , , - взаимные волновые сопротивления на частоте одиннадцатой гармоники, Ом.

2 случай (для второй постоянной распространения, вторая пара волн электромагнитного поля):

; ; ,

где

;

;

;

;

;

;

γ_2.11 - вторая (условно) постоянная распространения волн электромагнитного поля на частоте одиннадцатой гармоники; , , - собственные волновые сопротивления на частоте одиннадцатой гармоники, Ом; , , - взаимные волновые сопротивления на частоте одиннадцатой гармоники, Ом.

3 случай (для третьей постоянной распространения, третья пара волн электромагнитного поля):

; ; ,

где

;

;

;

;

;

;

γ_3.11 - третья (условно) постоянная распространения волн электромагнитного поля на частоте одиннадцатой гармоники; , , - собственные волновые сопротивления на частоте одиннадцатой гармоники, Ом; , , - взаимные волновые сопротивления на частоте одиннадцатой гармоники, Ом.

Поскольку нагрузка на частоте одиннадцатой гармоники для каждого линейного провода ЛЭП 8 (ЛЭП 35кВ ИЛИ ВЫШЕ) одна, а пар волн электромагнитного поля три, распространяющихся по каждому линейному проводу, тогда очевидно и согласование каждого провода можно реализовать лишь для одной пары волн электромагнитного поля, а именно по вышеприведенным формулам: 1 случай (используются математические формулировки) или 2 случай или 3 случай.

Далее определяется полное сопротивление нагрузки на частоте одиннадцатой гармоники 23 (рис. 3), каким оно должно быть при согласовании несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП со своей нагрузкой. Полученные результаты отправляются в блок 37 (A₁₁) (рис. 4).

В блоке 37 (A₁₁) (рис. 4) выполняются логические операции. На схеме (рис. 4) выполняется сравнение эталонных значений 23 , 36 с сопротивлением нагрузки 22 и напряжением 32 в конце несимметричной линии на частоте одиннадцатой гармоники. Здесь же из сопоставления этих величин определяются ошибки по сопротивлению ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3 и по напряжению ΔU1, ΔU2, ΔU3. Затем определяются ошибки по току ΔI01-05, ΔI07, ΔI08. При нулевых значениях ошибок по напряжению ошибки по току ΔI06 и ΔI09 отсутствуют, поэтому в их определении нет необходимости. Информация о величинах ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3 и ΔU1, ΔU2, ΔU3 поступает в один из девяти блоков с приоритетом 2. Последующее действие описываемого алгоритма заключается в определении ошибок либо по сопротивлению ΔZ04p, ΔZ06p, ΔZ07p, ΔZ08p, ΔZ09p, либо по напряжению ΔU01p, ΔU02p, ΔU03Kp, ΔU05p. Полученные таким образом значения ошибок по напряжению поступают в блок суммы ошибок по напряжению , а величины ошибок по сопротивлению попадают в блок суммы ошибок по сопротивлению . Сведения о результатах расчета ошибок поступают в один или несколько блоков корректирующих органов 1, 15, 19, 21 (КО1-4) (рис. 1) или в блок фильтрующих устройств одиннадцатой гармонической составляющей тока и напряжения 9 (Ф₁₁) (рис. 1).

Здесь в качестве критерия функционирования корректирующих органов избрано несоответствие напряжения в конце несимметричной линии или сопротивления нагрузки на частотах гармонических составляющих токов и напряжений. В принципе, в качестве такого критерия можно избрать и несоответствие тока в конце несимметричной линии. Для этого в блоке следует собирать ошибки по току, а затем в результате сопоставления эталонного и действительного значений токов в конце несимметричной линии сформировать сигнал для корректирующих органов 1, 15, 19, 21 (КО1-4) (рис. 1), для блока фильтрующих устройств: 9 (Ф₁₁) (рис. 1).

В процессе реализации предлагаемого способа согласования трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой выяснено, что при и ошибка по току на частоте одиннадцатой гармоники, также как и для тринадцатой гармоники, не определяется. В этом случае предусмотрено определение дополнительной ошибки по напряжению ΔU_O в виде произведения разницы между 36 и 32 и коэффициента состояния ΔIos1. Затем сведения об этой дополнительной ошибке отправляются в блок .

Блок 37 (A₁₁) (рис. 4) реализован в среде National Instruments Lab-VIEW 2009.

В то же время (рис. 3) величины, характеризующие электрическую энергию 22 и 32 от датчиков 3 ; 11 , сравниваются с величинами желаемыми, а именно с 36 и 23 , на основании этого сравнения определяется, на сколько они отличны друг от друга 38 , 39 , и в случае, если это отличие минимально, что характерно выполняющемуся условию согласования на частоте одиннадцатой гармоники для несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис. 1) [7-10], тогда начинает работать следующая часть алгоритма (рис. 3).

Здесь это схема алгоритма работы процессора 5 (П) для датчиков 24 ; 26 , которая представлена на (рис. 3). Она достаточно проста: из 4 (АЦП) в процессор 5 (П) поступают амплитудные значения тока 31 и напряжения 30 нагрузки, затем определяется величина 28 , которая будет отлична от нуля и бесконечности, в случае согласования на частоте одиннадцатой гармоники несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис. 1). Определенные таким образом величины 31 , 30 умножаются на коэффициент 40 ((Kuz=0) или (Kuz=1)) и получают амплитудные значения напряжения нагрузки на частоте тринадцатой гармоники 41 и амплитудные значения тока нагрузки на частоте тринадцатой гармоники 42 . Коэффициент 40 ((Kuz=0) или (Kuz=1)) равен единице в случае согласования несимметричной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) на частоте одиннадцатой гармоники, здесь согласование осуществлено, когда и , а Ku=1 и Kz=1, в ином случае 40 ((Kuz=0) или (Kuz=1)) равен нулю, полученные величины совместно с величиной 28 подаются в следующий блок 43 (A₁₃).

Блок на (рис. 3) 44 (LEP3 v.1.00 (2)) иллюстрирует использование специализированной программы для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии несимметричной трехфазной трехпроводной линии электропередачи на частоте тринадцатой гармоники [6]. При помощи программы определяются действующие значения комплексных величин токов и напряжений, постоянные распространения волн электромагнитного поля по проводам несимметричной ЛЭП, величины собственных и взаимных волновых сопротивлений. В блоках 45 и 46 формируются величины токов и напряжений в конце линии, какими должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по согласованному участку несимметричной ЛЭП. Эти токи и напряжения определяются следующим образом на частоте тринадцатой гармоники [8-10]:

1 вариант (для первой постоянной распространения, первая пара волн электромагнитного поля):

; ; ,

где

;

;

;

;

;

;

, , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений на частоте тринадцатой гармоники на клеммах электрической нагрузки (конец линии); , , - комплексные значения действующих величин линейных токов электрической нагрузки на частоте тринадцатой гармоники (конец линии); , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений на частоте тринадцатой гармоники на клеммах источника питания (начало линии); γ_1.13 - первая (условно) постоянная распространения волн электромагнитного поля на частоте тринадцатой гармоники; , , - комплексные значения действующих величин линейных токов от источника питания (начало линии) на частоте тринадцатой гармоники; , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений в начале рассматриваемого участка на частоте тринадцатой гармоники. В; , , - комплексные значения действующих величин фазных токов в начале рассматриваемого участка ЛЭП на частоте тринадцатой гармоники, A; , , - собственные волновые сопротивления на частоте тринадцатой гармоники, Ом; , , - взаимные волновые сопротивления на частоте тринадцатой гармоники, Ом.

2 вариант (для второй постоянной распространения, вторая пара волн электромагнитного поля):

; ; ,

где

;

;

;

;

;

;

γ_2.13 - вторая (условно) постоянная распространения волн электромагнитного поля на частоте тринадцатой гармоники; , , - собственные волновые сопротивления на частоте тринадцатой гармоники. Ом; , , - взаимные волновые сопротивления на частоте тринадцатой гармоники, Ом.

3 вариант (для третьей постоянной распространения, третья пара волн электромагнитного поля):

; ; ,

где

;

;

;

;

;

;

γ_3.13 - третья (условно) постоянная распространения волн электромагнитного поля на частоте тринадцатой гармоники; , , - собственные волновые сопротивления на частоте тринадцатой гармоники, Ом; , , - взаимные волновые сопротивления на частоте тринадцатой гармоники, Ом.

Поскольку нагрузка на частоте тринадцатой гармоники для каждого линейного провода ЛЭП 8 (ЛЭП 35кВ ИЛИ ВЫШЕ) одна, а пар волн электромагнитного поля три распространяющихся по каждому линейному проводу, тогда очевидно и согласование каждого провода можно реализовать лишь для одной пары волн электромагнитного поля, а именно по вышеприведенным формулам: 1 вариант (используются математические формулировки) или 2 вариант или 3 вариант.

Величины 45 и 46 умножаются на коэффициент 40 ((Kuz=0)) или (Kuz=1)), который равен единице в случае согласования несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 35кВ ИЛИ ВЫШЕ) на частоте одиннадцатой гармоники (рис. 1), в противном случае 40 ((Kuz=0) или (Kuz=1)) имеет значение нуля. Далее определяется полное сопротивление нагрузки 29 (рис. 3), какое оно должно быть при согласовании несимметричного участка трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с этой нагрузкой на частоте тринадцатой гармоники. Полученные величины отправляются в блок 43 (A₁₃).

В блоке 43 (A₁₃) (рис. 5) выполняются логические операции. Здесь выполняется сравнение эталонных значений на частоте тринадцатой гармоники 29 48 с сопротивлением нагрузки 28 и напряжением в конце несимметричного участка линии 41 . Здесь же из сопоставления этих величин определяются ошибки по сопротивлению ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3 и по напряжению ΔU1, ΔU2, ΔU3. Затем определяются ошибки по току ΔI01-05, ΔI07, ΔI08. При нулевых значениях ошибок по напряжению ошибки по току ΔI06 и ΔI09 отсутствуют, поэтому в их определении нет необходимости. Информация о величинах ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3 и ΔU1, ΔU2, ΔU3 поступает в один из девяти блоков с приоритетом 2. Последующее действие описываемого алгоритма заключается в определении ошибок либо по сопротивлению ΔZ04_O, ΔZ06_O, ΔZ07_O, ΔZ08_O, ΔZ09_O, либо по напряжению ΔU01_O, ΔU02_O, ΔU03K_O, ΔU05_O. Полученные таким образом значения ошибок по напряжению поступают в блок суммы ошибок по напряжению , а величины ошибок по сопротивлению попадают в блок суммы ошибок по сопротивлению . Сведения о результатах расчета ошибок поступают в один или несколько блоков корректирующих органов 1, 15, 19, 21 (КО1-4) (рис. 2) или в блок фильтрующих устройств тринадцатой гармонической составляющей тока и напряжения 25 (Ф₁₃) (рис. 2).

Здесь в качестве критерия функционирования корректирующих органов избрано несоответствие напряжения в конце несимметричной линии 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) или сопротивления нагрузки на частоте тринадцатой гармоники. В принципе, в качестве такого критерия можно избрать и несоответствие тока в конце несимметричной линии. Для этого в блоке следует собирать ошибки по току, а затем в результате сопоставления эталонного и действительного значений токов в конце несимметричной линии сформировать сигнал для корректирующих органов 1, 15, 19, 21 (КО1-4) (рис. 2) или фильтрующих устройств блока 25 (Ф₁₃) (рис. 2).

В процессе реализации предлагаемого способа согласования несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с электрической нагрузкой выяснено, что при:

и ошибка по току не определяется. В этом случае предусмотрено определение дополнительной ошибки по напряжению ΔU_P в виде произведения разницы между 48 и 41 и коэффициента состояния ΔIos1. Затем сведения об этой дополнительной ошибке отправляются в блок .

Блок 43 (A₁₃) (рис. 5) реализован в среде National Instruments Lab-VIEW 2009.

Согласование несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) (рис. 1) и (рис. 2) можно реализовать и начиная с 28 и 29 , то есть с частоты тринадцатой гармоники, тогда следует рассматривать сначала согласование несимметричной ЛЭП на частоте тринадцатой гармоники, а после этого и согласование реализовать на частоте одиннадцатой гармоники.

Блоки фильтрующих устройств 9 (Ф₁₁) (рис. 1) и 25 (Ф₁₃) (рис. 2) должны в случае фильтрации электрической энергии на частотах одиннадцатой и тринадцатой гармоник соблюдать условия:

; ,

где , - сопротивление электрической энергии на частоте соответственно одиннадцатой и тринадцатой гармоник:

; ,

, - сопротивление фильтрующего устройства на частоте соответственно одиннадцатой и тринадцатой гармоник:

; .

По вышеприведенным условиям работает фильтрующее устройство, такое как активный кондиционер гармоник (Active Harmonic Conditioner-АНС) [13-15].

Источники информации

1. Большанин Г.А. Распределение электрической энергии пониженного качества по участкам электроэнергетических систем. В 2 кн. Кн.1 / Г.А. Большанин. - Братск: БрГУ, 2006. - 807 с.

2. Большанин Г.А. Коррекция качества электрической энергии/ Г.А. Большанин. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. - 120 с.

3. Большанин Г.А. Особенности распространения электрической энергии по трехпроводной линии электропередачи / Г.А. Большанин, Л.Ю. Большанина, Е.Г. Марьясова // Системы. Методы. Технологии. - 2011. №3 (11). - С.82-89.

4. Кэрки Д. Согласование выходного импеданса при помощи полностью дифференциальных операционных усилителей / Д. Кэрки // Компоненты и технологии. - 2010. - №5. - С.150-154.

5. Способ активного контроля уровня несинусоидальности напряжения и тока: Патент 2262174; РФ, МКИ Н02У 3/01. / Г.А. Большанин. - Братский индустриальный институт, №2003116557/28; заяв. 03.06.2003; опубл. 10.12.2004.

6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010611988 "Расчет параметров трехфазной трехпроводной неизолированной линии электропередачи (LEP3 v.1.00)".

7. Козлов В.А. Условия согласования однородной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи 10 кВ и выше с нагрузкой / В.А. Козлов, Г.А. Большанин // Материалы VII международной научно-практической конференции. - Прага: Печатный дом «Образование и Наука», 2011. - С.86-90.

8. Козлов В.А. Согласованный режим работы однородной трехпроводной линии электропередачи / В.А. Козлов, Г.А. Большанин // Системы. Методы. Технологии. - 2011. - №4. - С.70-76.

9. Козлов В.А. Согласованный режим работы однородной трехпроводной ЛЭП 220 кВ и выше как средство улучшения электромагнитной обстановки/ Большанин Г.А. // Наука сегодня: теоретические аспекты и практика применения. 4.2: Сб. науч. трудов. - Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2011. - С.63-66.

10. Козлов В.А. Условия согласования несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи / В.А. Козлов // Материалы VIII международной научно-практической конференции «Научная индустрия европейского континента - 2012». - Прага: Печатный дом «Образование и Наука», 2012. - С.63-66.

11. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ТРОЛЛЬ / АО ТоксСофт // http://new.toxsoft.ru. 11.05.2011.

12. Разрешение от 03.04.2007 № РРС 00-23783 Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору.

13. Bettega E., Fiorina J.N. Active Harmonic Conditioners and Unity Power Factor Rectifiers // Cahier Technique Schneider Electric, ЕСТ 183, 1999. - 28 p.

14. Bernard S., Trochain G. Compensation of Harmonic Currents Generated By Computers Utilizing an Innovative Active Harmonic Conditioner // MGE UPS Systems, MGE 0128, 2000. - 19 p.

15. Bernard S., Fiorina J.N., Gros В., Trochain G. THM Filtering and the Management of Harmonic Upstream of UPS // MGE UPS Systems, MGE 0246, 2000. - 17 p.