Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ НЕСИММЕТРИЧНОЙ ТРЕХФАЗНОЙ ТРЕХПРОХОДНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ

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 линии электропередачи повышается из-за исключения отраженной волны. Кроме того, уменьшается степень искажения кривых напряжения и тока, увеличивается надежность работы 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 [RU 2390924], где реализован согласованный режим работы однопроводной протяженной ЛЭП. Однако несимметричная трехфазная трехпроводная ЛЭП не может быть согласована одним лишь 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, к при меру 1 кВ, а это значит, что специфика реализации способов [4] достаточно своеобразна и неприменима в протяженных линиях электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения.

Задача изобретения - формирование способа согласования несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой.

Технический результат заключается в обеспечении условий согласования несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой, 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 линии электропередачи с электрической нагрузкой, 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 условия согласования 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 корректирующих органов, в качестве которых могут быть использованы устройства РПН силовых трансформаторов, автоматизированные технологические комплексы, накопители электроэнергии, источники активной мощности, такие как малые гидроэлектростанции или электростанции других типов.

Сущность изобретения поясняется схемами: на рис.1 показан алгоритм обеспечения и поддержания согласования несимметричной трехфазной трехпроводной неизолированной ЛЭП с электрической нагрузкой, на рис.2 представлен алгоритм работы процессора, на рис.3 в блоке А выполняются логические операции.

На рисунках используются следующие обозначения:

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

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

3 - устройства сопряжения, каковыми являются датчики напряжения и тока, установленные в начале ЛЭП напряжением 35кВ или выше ;

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

10 - устройства сопряжения, каковыми являются датчики напряжения и тока установленные в конце ЛЭП напряжением 35 кВ или выше ;

11 - понижающий трансформатор, напряжением 10 кВ/0,85 кВ (Т3);

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

13 - блок преобразователей, выполненный в виде выпрямительных установок для электролиза, фаза A, (VD1);

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

15 - обобщенная электрическая нагрузка ;

16 - корректирующий орган (КО4), такой как система электролиза алюминия ТРОЛЛЬ, накопители электроэнергии, источники активной мощности, такие как малые гидроэлектростанции;

17 - обобщенное сопротивление нагрузки ;

18 - обобщенное сопротивление нагрузки с учетом реализации согласования ЛЭП напряжением 35кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ), ;

19 - амплитудное значение напряжения нагрузки ;

20 - амплитудное значение тока нагрузки ;

21 - специализированная программа для прогнозирования величины основных характеристик электрической энергии в линии электропередачи трехпроводного исполнения (LEP3 v.1.00);

22 - величина тока, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой ;

23 - величина напряжения, каким должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по ЛЭП, согласованной с электрической нагрузкой ;

24 - логический блок (A).

Суть предлагаемой разработки заключается в реализации при помощи технических средств условий согласования несимметричной трехфазной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой [5-8], в формировании алгоритма обеспечения и поддержания согласованного режима работы протяженной несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП.

Пусть будет необходимо выполнить согласование фазы A с электрической нагрузкой. Для фаз B и C алгоритм согласования с электрической нагрузкой будет аналогичным.

На рис.1 показан алгоритм обеспечения и поддержания согласования несимметричной трехфазной трехпроводной неизолированной ЛЭП с электрической нагрузкой. 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 (T1) - трансформатора, питающего ЛЭП напряжением 35 кВ или выше 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ); трансформаторов 9 (T2) и 11 (T3) - двух различных групп понижающих трансформаторов, имеющих отличные друг от друга номинальные характеристики; блока преобразователей 13 (VD1) - преобразователей, выполненных в виде выпрямительных установок для электролиза, фаза A, представляющих в данном случае обобщенную электрическую нагрузку 15 . Блоки 9 (T2), 11 (Т3), 13 (VD1) и 15 образуют общий блок, полное сопротивление которого при достижении согласованного режима работы ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) определяется величиной 18 , а в иных случаях - 17 . В данном случае полное сопротивление 18 является эталонной величиной, к которой должно стремиться значение 17 в процессе исполнения предлагаемого алгоритма.

Основным блоком работы алгоритма способа согласования несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ) с электрической нагрузкой является процессор 5 (П) рис.1, где выполняется анализ сведений о состоянии обобщенного сопротивления нагрузки 17 или 18 . Эти сведения в процессор поступают от устройств сопряжения, каковыми являются датчики тока и напряжения 3 и 10 , где анализируемые характеристики электрической энергии доводятся до величин, воспринимаемых компьютерной техникой. Датчики 3 устанавливаются и используются для сбора сведений о напряжениях и токах в начале исследуемой протяженной несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ), а датчики 10 - в конце этой линии электропередачи 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ). В качестве датчиков 3 и 10 могут быть использованы трансформаторы напряжения и тока, спектроанализаторы, а также делители напряжения и шунты переменного тока.

Аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП) рис.1 позволяет сформированные в датчиках 3 и 10 аналоговые сигналы преобразовать в дискретные. Цифроаналоговый преобразователь 6 (ЦАП) позволяет сформированные в виде дискретных сигналов в процессоре 5 (П) команды корректирующим органам 1 (КО1), 12 (КО2), 14 (КО3) и 16 (КО4) преобразовать в аналоговые. В данном случае в качестве корректирующих органов 1 (КО1), 12 (КО2) и 14 (КО3) использованы устройства РПН силовых трансформаторов, а в качестве корректирующего органа 16 (KO4) - система электролиза алюминия ТРОЛЛЬ [9, 10], накопители электроэнергии, источники активной мощности, такие как малые гидроэлектростанции, позволяющие изменять величину полного сопротивления обобщенной нагрузки 17 путем воздействия на технологический процесс. На рис.1 это сопротивление обозначено символом 15 . Результаты действия описываемого алгоритма выводятся на показывающий или самопишущий прибор 7 (РО).

Алгоритм работы процессора 5 (П) представлен на рис.2: из 4 (АЦП) в процессор 5 (П) поступают амплитудные значения тока 20 и напряжения 19 нагрузки, затем определяется величина 17 . Определенные таким образом величины 20 , 19 , 17 подаются в следующий блок 24 (A).

Блок 21 (LEP3 v.1.00) на рис.2 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 [11]. 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 22 и 23 формируются величины тока и напряжения в конце рассматриваемой линии, какими должна характеризоваться электрическая энергия, передаваемая по несимметричной ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ ИЛИ ВЫШЕ), согласованной с электрической нагрузкой. Эти величины тока и напряжения определяются следующим образом [5-8]:

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

; ; ,

где

;

;

;

;

;

;

, , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений на клеммах электрической нагрузки (конец линии); , , - комплексные значения действующих величин линейных токов электрической нагрузки (конец линии); , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений на клеммах источника питания (начало линии) от первой пары (условно) волн (падающей и отраженной) электромагнитного поля; ^γ _1n - первая (условно) постоянная распространения волн электромагнитного поля; l - длина рассматриваемого участка ЛЭП; , , - комплексные значения действующих величин линейных токов от источника питания (начало линии) от первой пары (условно) волн электромагнитного поля; , , - комплексные значения действующих величин фазных напряжений в начале рассматриваемого участка, B; , , - комплексные значения действующих величин фазных токов в начале рассматриваемого участка ЛЭП, A; , , - собственные волновые сопротивления, Ом; , , - взаимные волновые сопротивления, Ом.

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

; ; ,

где

;

;

;

;

;

;

γ_2n - вторая (условно) постоянная распространения волн электромагнитного поля; , , - собственные волновые сопротивления, Ом; , , - взаимные волновые сопротивления, Ом.

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

; ; ,

где

;

;

;

;

;

;

γ_3n - третья (условно) постоянная распространения волн электромагнитного поля; , , - собственные волновые сопротивления, Ом; , , - взаимные волновые сопротивления, Ом.

Поскольку нагрузка для каждого линейного провода ЛЭП 8 (ЛЭП 35 кВ 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 18 , какое оно должно быть при согласовании несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП с этой нагрузкой. Полученные результаты отправляются в блок 24 (A).

В блоке 24 (A) рис.3 выполняются логические операции. Здесь выполняется сравнение эталонных значений 18 , с сопротивлением нагрузки 17 и напряжением в конце линии 19 . 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 ΔU0lp, ΔU02P, ΔU03p, 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, 12, 14, 16 (КО1-4) рис.1.

Здесь в качестве критерия функционирования корректирующих органов избрано несоответствие напряжения в конце линии или сопротивления нагрузки. В принципе, в качестве такого критерия можно избрать и несоответствие тока в конце линии. Для этого в блоке следует собирать ошибки по току, а затем в результате сопоставления эталонного и действительного значений токов в конце линии сформировать сигнал для корректирующих органов 1, 12, 14, 16 (КО 1-4) рис.1.

В процессе реализации предлагаемого способа согласования несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП с электрической нагрузкой выяснено, что при: 19 и ошибка по току не определяется. В этом случае предусмотрено определение дополнительной ошибки по напряжению ΔU_O в виде произведения разницы между 23 и 19 и коэффициента состояния ΔIos1. Затем сведения об этой дополнительной ошибке отправляются в блок .

Блок 24 (A) рис.3 реализован в среде National Instruments Lab VIEW 2009.

Источники информации

1. Большанин Г.А. Распределение электрической энергии пониженного качества по участкам электроэнергетических систем. В 2-х 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. Козлов В.А. Условия согласования однородной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи 10кВ 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.

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

7. 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. Ч.2: Сб. науч. трудов. - Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2011. - С.63-66.

8. 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.

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

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

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