Автореферат (Современные средства противоаварийного управления объединенными энергосистемами), страница 2

Разработаны новые способы обеспечения селективности и повышениячувствительности и быстродействия токовых продольных дифференциальных защитсилового оборудования (ВЛ, трансформаторов) электрических сетей. Впервыепредложено и научно обосновано применение нелинейной коррекции рабочих итормозных сигналов в токовых продольных дифференциальных защитах.62. Обоснованы новые критерии, разработаны методы и функциональныеалгоритмы современных средств противоаварийной автоматики объединенныхэнергосистем.

Предложена и научно обоснована новая теоретическая модельосновных измеряемых сигналов и контролируемых параметров (фазных напряженийи токов, а также частоты напряжения), которая позволяет обеспечить селективность иповысить быстродействие и чувствительность технических средств защиты ипротивоаварийной автоматики в квазистационарных асинхронных и колебательныхсинхронных режимах трехфазных электромеханических энергосистем.3.

Впервые для обеспечения селективности, повышения чувствительности ибыстродействия развита теория адаптивных, самонастраивающихся средств релейнойзащиты и автоматики с применением методов идентификации динамическихпараметров защищаемого оборудования. На её основе разработана и обоснована новаяметодика определения места короткого замыкания воздушных ЛЭП 110-750 кВ сприменением рекурсивного метода идентификации распределённых параметровмногопроводных электрических цепей переменного тока.Теоретическая значимость работы.1.

Создано математическое описание обобщенных аналитических сигналовнапряжения и тока трехфазной системы для эффективного и качественногоисследованияианализаквазистационарныхасинхронныхиколебательныхсинхронных режимов работы электромеханических систем. Ценность разработанныхматематических моделей заключается в развитии теории высокочувствительныхсредств измерения, контроля, защиты и автоматики энергетических систем.2. Предложена обобщенная, научно обоснованная концепция создания системырелейной защиты фазоповоротного комплекса первой управляемой межсистемной,межгосударственной электропередачи 500-220 кВ. Сформулированы теоретическиеположенияподифференциальнойрасчетузащитыпараметровуправляемойсрабатываниямежсистемной,токовойпродольноймежгосударственнойэлектропередачи.

Апробация и внедрение в эксплуатацию системы релейной защитыи автоматики произведены в результате опытно-промышленных испытаний.3. Заложены основы теории адаптивных, самонастраивающихся средствпротивоаварийнойавтоматикинарушенияустойчивостимежсистемных(межгосударственных) ЛЭП и автоматики ликвидации асинхронных режимовсинхронных генераторов с использованием эффективных измерительных органов изаконов противоаварийного управления, контролирующих векторную функцию7Якобиана, а также аналитические сигналы активной, реактивной мощности икомплексного сопротивления.4. Заложены основы теории адаптивных, самонастраивающихся систем защитыи противоаварийной автоматики на базе методов динамической идентификацииR, L и Cпараметровзащищаемогооборудования,используемыхвсхемахформирования коррекционных сигналов.

Создание адаптивных токовых продольныхдифференциальных защит силового оборудования существенно повышает надежностьи устойчивость генерирования и распределения электроэнергии в объединенныхэнергосистемах.5. Развита теория проектирования токовых продольных дифференциальныхзащит силового оборудования, обладающих наилучшими (близкими к оптимальным)показателями селективности, чувствительности и быстродействия.

Для этого созданои реализовано пространственное (градиентное) решение задачи расчета минимальноготока срабатывания защиты (IСЗ min), коэффициента торможения (KT) и уровнякоррекционных сигналов (К или КС) для токовых продольных дифференциальныхзащит силового электрооборудования энергосистем.Практическая значимость работы.1. Для повышения чувствительности измерительных и пусковых органовсредствизмерений,защитыипротивоаварийнойавтоматикиразработанбыстродействующий фильтр свободных составляющих электрических сигналовнапряжения и тока. Максимальное значение относительной мгновенной погрешностивосстановления полезных электрических сигналов по истечении 10 мс не превышает5 %, по истечении 20 мс - не более 0,1 %.2.

Дляповышениядостоверностиизмерительно-информационнойчастисредств защиты и противоаварийной автоматики синтезирован нелинейный фильтртока намагничивания и схема воспроизведения первичного тока трансформаторовтока. Приведенная погрешность восстановления первичного тока никогда непревышает нормативной величины (класса точности) даже при неточном заданииосновной характеристики намагничивания или параметров вторичной нагрузки.3. Для повышения качества измерений сигналов и контроля параметров всовременныхсредствахэлектрооборудованиявзащитыстационарныхиипротивоаварийнойнестационарныхавтоматикирежимахработыобъединенных энергосистем разработаны высокочувствительные схемы измерениячастоты электромагнитных и электромеханических колебаний напряжения втрехфазной электромеханической системе.

В режимах со значительным отклонением8частоты напряжения до ±20 % (60 Гц и 40 Гц) приведенная погрешность её измеренияне превышает 2 %. При средней величине отклонения частоты напряжения ±2 %(относительно 50 Гц) приведенная погрешность её измерения составляет не более0,05 %.Приведеннаяпогрешностьизмерительногоорганачастотыэлектромеханических колебаний напряжения составляет не более 0,01 %.4. Разработаны программные алгоритмы (в среде MatLab) идентификациипараметров эквивалентной нагрузки и трансформаторов, а также рекурсивныйпрограммный алгоритм идентификации распределенных параметров трехфазнойлинии электропередачи.

Разработанные программы особенно актуальны дляидентификации реальных динамических (частотных) характеристик RLC-параметровсилового оборудования, которые используются при разработке адаптивных,самонастраивающихся средств защиты, автоматики и регулирования. В результатенатурных испытанийсиловых трансформаторовпоказано,чтоприведеннаяпогрешность линеаризации динамической характеристики срабатывания защит сиспользованием паспортных характеристик силового оборудования может составлятьдо 15-20 %.5.

Разработан численный (в среде MatLab) алгоритм определения местакороткого замыкания воздушных ЛЭП 110-330 кВ ОЭС Северо-Запада. Наибольшеезначение абсолютной погрешности определения расстояния до места короткогозамыкания с использованием алгоритма идентификации параметров ЛЭП составилоне более 0,5-0,8 км. Алгоритм внедрен в прикладное программное обеспечениеопределения места КЗ воздушных ЛЭП 110-750 кВ.6. В среде программирования MatLab разработан алгоритм исследованияжесткихсистемнелинейныхдифференциально-алгебраическихуравнений,применение которого позволяет выполнить эффективные численные эксперименты сконтролем погрешности и частотой дискретизации 10-100 кГц.

В его основе лежитградиентный параметрический метод численного интегрирования. Алгоритм внедренв специализированный аппаратно-программный диагностический комплекс реальноговремени. С использованием алгоритма получены научно-практические результаты,внедренные в ряде проектных и эксплуатационных организаций.7. Усовершенствована типовая структура системы продольной токовойдифференциальной защиты силовых трансформаторов и межсистемных линийэлектропередачи. Применение нелинейных формирователей коррекционных сигналовпозволяет повысить чувствительность защиты при минимальном токе срабатыванияIСЗ min ≈ 0,10-0,15 о.е.

и уменьшить уровень тормозных сигналов до 10-20 %9(КТ = 0,1-0,2 о.е.).Предложенныеспособылинеаризациихарактеристикисрабатывания защиты обеспечивают наилучшие настройки защиты с точки зрения еёселективности и чувствительности.8. Разработанысредствапротивоаварийногоуправлениямощностьюобъединенных энергосистем в реальном масштабе времени с дискретизацией10 - 100 кГц (промышленный контроллер NI PXI, производства National Instruments).В результате их апробации и тестирования с помощью цифрового диагностическогокомплекса реального времени (ЦДК-РТ, производства «ООО «НПП РТС-Электро»)установлены высокие показатели надежности и устойчивости функционированияустройств в нестационарных режимах работы энергосистем.Внедрениеиспользованыирезультатов.внедреныРезультатывФилиалахдиссертационнойПАОработы«РусГидро»,АОбыли«КонцернРосэнергоатом», в ОАО «Шнейдер Электрик», в конструкторских бюро, а также впроектных организациях и промышленных предприятиях (Приложение А, Акты овнедрении результатов диссертационной работы – 11 шт.).

Теоретические результатыдиссертации, созданные на их основе учебно-методические работы и разработанноепрограммное обеспечение нашли применение в учебном процессе ФГАОУ ВО«Санкт-ПетербургскийгосударственныйполитехническийуниверситетПетраВеликого». Программное обеспечение используется магистрами и аспирантами привыполнении научно-исследовательских работ. Учебные пособия применяются вучебно-образовательнойавтоматизациядеятельностиэнергосистем»вкафедрыкурсах«Электрические«Режимыработыистанциииэксплуатацииэлектростанций», «Применение численных методов в энергетике», «Математическиезадачи в энергетике», «Теоретические основы цифровых средств релейной защиты иавтоматики».Методология и методы диссертационного исследования. Методологиядиссертационного исследования заключается в анализе динамических свойствсилового электрооборудования, измерительных цепей средств его контроля ипротивоаварийнойавтоматикиисинтезеновыхтеоретическихметодовипрактических способов повышения точности измерения сигналов и контроляпараметров режима работы электрооборудования, а также в разработке новыхсовременных средств защиты и противоаварийной автоматики ОЭС с повышеннойчувствительностью и быстродействием.При проведении теоретических исследований использовались основныеположения теории стационарной, нестационарной и нелинейной фильтрации10сигналов, методы теории анализа и синтеза линейных и нелинейных электрическихцепей, а также методы теории электромагнитных, электромеханических переходныхпроцессов и устойчивости электроэнергетических систем.Численные эксперименты по исследованию динамических нелинейныххарактеристик силового оборудования и средств его контроля и защитыпроизводилисьсиспользованиемпрограммныхпродуктовMatLab, Simulink,NI LabView, NI LabView Real Time, а также прикладного программного обеспеченияTranscop для просмотра и анализа цифровых осциллограмм (ООО «ПАРМА»,г.