Диссертация (Современные средства противоаварийного управления объединенными энергосистемами), страница 6

Для этого авторомсинтезированнелинейныйфильтртоковнамагничиваниясиловыхтрансформаторов, который применяется для адаптивной коррекции рабочих итормозных сигналов защиты. Здесь же выполнена апробация и оценкаэффективностиэтогоспособаобеспеченияселективности,повышения24быстродействия и чувствительности усовершенствованной токовой продольнойдифференциальной защиты трансформаторов с использованием базы данныхцифровыхосциллограммфизическихпроцессоввключениясиловыхтрансформаторов в режиме холостого хода.В четвертой главе изложены результаты теоретических исследований ичисленныхэкспериментоввысокочувствительнойпритоковойразработкепродольнойбыстродействующейдифференциальнойизащитымежсистемных линий электропередачи с адаптивной компенсацией токовсмещения.

В рамках данной главы исследован и в результате численныхэкспериментов обоснован способ обеспечения селективности и повышениячувствительности продольных токовых дифференциальных защит воздушныхлиний электропередачи сверхвысокого класса напряжения, в основе которогодинамическая коррекция характеристики срабатывания защиты токамисмещения. Воспроизведение токов смещения производится с использованиемнелинейного фильтра.

Обоснование и выбор одной из разработанных авторомструктурных схем (алгоритмов) цифрового нестационарного фильтра токовсмещения линий электропередачи выполнены в результате многочисленныхрасчетных исследований с оценкой погрешности фильтрации. В последующемв диссертации автором исследуется цифровой фильтр с контролем мнимойсоставляющей (ортогонального дополнения по Гильберту) аналитическихсигналов фазного напряжения. Математическое описание процесса фильтрациивыполнено с использованием нелинейных дифференциально-алгебраическихуравнений переходных процессов электрооборудования и измерительной частиполукомплектов его системы токовой продольной дифференциальной защиты.В заключительной части четвертой главы изложено математическое описаниеметодики выбора параметров срабатывания усовершенствованных продольныхтоковых дифференциальных защит с динамической коррекцией их рабочих итормозных сигналов.

Апробация разработанных автором методическихуказаний выполнена на примере расчета минимального тока срабатывания,коэффициентов торможения и компенсации токов смещения с использованиемградиентного численного метода.В пятой главе выполнена разработка и исследование современных25средств противоаварийной автоматики ликвидации асинхронных режимов припотере возбуждения генераторов и автоматики предотвращения нарушенияустойчивости межсистемных линий электропередачи. Для этого авторомразработаны математические модели аналитических сигналов комплексногосопротивления, узловой и обменной мощности. В их основе лежитматематическое описание обобщенных аналитических сигналов фазныхнапряжения и тока.На примере экспертной оценки аварии в системе возбуждения одного изгенераторов Бурейской ГЭС сформулированы требования к современнойзащите от потери возбуждения с расширенными функциями упреждающейдиагностики и предупреждения развития квазиустановившегося асинхронногорежима.Восноведвухступенчатойпротивоаварийнойавтоматикиизмерительный орган минимального принципа действия с контролемортогональныхсоставляющихсопротивления.Практическиеаналитическогорекомендациисигналакомплексноговыборухарактеристикпосрабатывания противоаварийной автоматики даны в результате приложенияразработанных автором методических указаний.В этой же главе выполнены расчетные исследования колебательнойустойчивости объединенных энергосистем цепочечной и кольцевой структурыспротяженнымиколебательноймежсистемнымиустойчивости,связями.авторомДляпредложенвыявленияграницыалгоритмконтроляфункционального определителя – Якобиана, J(t), а также обобщенный критерийнеасимптотического нарушения устойчивости - равенство нулю приращенияЯкобиана (dJ(t) = 0).

Для обоснования этих положений выполнен синтез иоценка эффективности измерительного органа АПНУ межсистемных ЛЭП,использующегоразработаннуюавторомдинамическуюмодельфункционального определителя J(t). Здесь же предложен и в результатеаналитических и численных исследований обоснован закон эффективногопротивоаварийногоуправленияобменноймощностьюэнергосистемсконтролем изменения Якобиана и его производной. Его внедрение в проектнуюиэксплуатационнуюпрактикуразработкисредствАПНУпозволяет26эффективно и безопасно управлять загруженностью межсистемных линийэлектропередачи, обеспечивая при этом их устойчивость.В заключении диссертационной работы приведены основные результатытеоретических и экспериментальных исследований.

Приложения содержатАкты внедрения результатов диссертационной работы, а также некоторыеаналитические выражения и методические материалы, не вошедшие в основнойтекст глав диссертации.271. РАЗРАБОТКАСОВРЕМЕННЫХМЕТОДОВИЗМЕРЕНИЯСИГНАЛОВ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ В ОБЪЕДИНЕННЫХЭНЕРГОСИСТЕМАХ1.1. Общая постановка задачи фильтрации сигналов для различныхприложенийВ современных микропроцессорных устройствах защиты и автоматикидля контроля параметров режима работы силового электрооборудованияизмеряются электрические сигналы тока и напряжения [40, 43]. Схемнорежимные условия работы энергосистем характеризуются значительныммногообразием и довольно часто в нестационарных режимах происходятсущественныеискаженияэлектрическихсигналов,обусловленныенелинейностью (степенью насыщения) силового оборудования, проявлениемрезонансных (феррорезонансных) явлений в нем и др.

Также следует отнестикпричинамвозникновенияразличногородапомехуровеньэлектромагнитной обстановки в местах расположения и эксплуатациисредств защиты и автоматики. С учетом этого процесс измеренияэлектрических сигналов фазных напряжений и частоты можно в целомклассифицировать, как нестационарный и случайный.Традиционно решение задачи повышения точности измерений и, какследствие, повышения надежности и достоверности входной информациидля многофункциональных интеллектуальных электрических устройств (втом числе и средств РЗА) производится с применением фильтров.Предназначение фильтрации входных (измеренных) электрических сигналовзаключается в выделении основного (полезного) сигнала при подавлении(исключении) различного рода помех.

При этом в процессе восстановленияполезной составляющей сигнала, как правило, используются интегральныепреобразования,неизбежноприводящиекпоявлениюзапаздывания28(временного, фазового смещения) относительно входных сигналов. Внекоторыхслучаяхпроблемуповышениябыстродействиярешаютувеличением интенсивности (скорости) выходного управляющего сигнала,что в свою очередь порождает снижение качества управления с проявлениемэффекта перерегулирования.Кроме этого, в диссертационной работе также представлено развитиетеории нелинейной фильтрации применительно к задаче линеаризациидинамических характеристик измерительного тракта защиты с нелинейнымиэлектромагнитнымиописываютсяпреобразователями.строгонелинейнымиТакиенелинейныефильтрыдифференциально-алгебраическимиуравнениями, применение которых сопровождается решением задачиобеспечения устойчивости схемы (численного решения).Рассмотрим типовую структурную схему стационарной фильтрациивходного сигнала в предположении, что в нём имеется аддитивная помеха.На рисунке 1.1 входной сигнал x(t ) с аддитивной случайной помехой  (t )обрабатывается динамической системой с передаточной функцией W ( p) .Рисунок 1.1 – Структурная схема стационарной фильтрацииТогда некоторый входной сигнал определяется выражением:z (t )  x(t )   (t ) ,(1.1)При отсутствии помехи, передаточная функция W ( p) соответствуетидеальномуоператорупреобразованиявоспроизводится сигнал y (t ) :H ( p) ,согласнокоторому29y(t )  H ( p)  x(t ) ,(1.2)где p  d / dt - символ дифференцирования при синтезе фильтраво временной области.Расчет параметров фильтра частотной области осуществляется сиспользованием комплексного операторазависимостиотзначениявоспроизведенияизнака.

Как известно воператора, запаздыванияpрешаются, упреждениязадачии др.Наличие различного рода помех  (t ) и погрешности системы приводитк тому, что идеальная функция преобразования не может быть физическиреализована.Поэтомувыходнойвоспроизводимого сигналасигналu (t )будетотличатьсяотy (t ) , а случайная ошибка преобразования(мгновенное значение погрешности) определяется как: (t )  y(t )  u(t ) ,(1.3)Согласно [40, 43] задача синтеза фильтра состоит в том, чтобы найтитакую физически реализуемую оптимальную передаточную функциюWопт ( p) или импульсную характеристику hопт ( p) , при которой ошибкафильтрации минимально возможная.

Определенность и однозначностьрешения задачи достигается выбором условий её сходимости к искомомурезультату с заданной (приемлемой) погрешностью. Например, при контролесреднеквадратичного значения мгновенной ошибки условие сходимостиописывается неравенством:√ ∫–,(1.4)где τ – интервал усреднения, с– заданное значение погрешности, о. е.В свою очередь при расчете параметров нестационарной фильтрациирешается многомерная оптимизационная задача.

В качестве критерия30сходимости, как правило, используют минимум векторной функциисреднеквадратичных значений мгновенной ошибки. Контроль равенстванулюпроизводнойвr×n-мерномпространствесостоянийвосстанавливаемого сигнала un позволяет выполнить оценку экстремальностирешаемой задачи. Дополняя её контролем второй производнойосуществляетсяускорениесходимостирешенияоптимальнойзадачиминимизации погрешности.Использование такого классического подхода построения фильтров втехнике релейной защиты возможно при допущении аддитивности помех вовходных сигналах МП РЗА. Качественное доказательство приемлемоститакого представления сигналов состоит в следующем.Наибольшие искажения сигналов возникают при нестационарныхпроцессах,обусловленныхкороткимизамыканиямиидругимиповреждениями.

Используя классические методы расчета переходныхпроцессов результирующий процесс можно представить в виде суммыотдельных периодических, свободных (апериодических) и затухающихколебательных составляющих [218]. В остальных случаях, когда искаженияобусловливаютсясопутствующиминаводкамиприпередачеипреобразовании сигналов, помехи в основном носят аддитивный характер.Приискаженияхвходныхсигналов,вызванныхнелинейнымихарактеристиками оборудования, в первом приближении для проведениякачественного обоснования принятого выше допущения аддитивности помехнестационарный процесс может быть представлен рядом Фурье. В этомслучае, для расчета процесса применяется метод наложения, с помощьюкоторого производится вычисление дискретного спектра входного ивыходного электрических сигналов.

Здесь следует подчеркнуть, что дляадекватного и методически строгого описания модели нестационарныхэлектрических сигналов требуется использование понятия спектральнойплотности S(ω) [63, 108, 190, 191]:31∫√где,(1.5)– входной измеряемый сигнал;ω - мгновенная частота, рад/с.Применение математического определения спектральной плотности вявном виде выражения (1.5) весьма затруднительно. Во-первых, измеряемыйв темпе процесса входной сигнал, как правило, в явном виде не известен и незадан аналитически на бесконечном интервале времени, что не соответствуетинтегральному преобразованию (1.5) в бесконечных пределах t Є [–∞; +∞].Во-вторых, использование сплошного спектра S(ω) накладывает высокиетребования к дискретизации частотной области Δω→0, определяя тем самымеще одно понятие спектральной плотности [108, 190, 191]:√где,– комплекснаяколебания с частотой(1.6)амплитудаотдельного,нестационарного сигналаk-го.В связи с этим, в практике цифровой и аналоговой фильтрации широкопользуются другим понятием мгновенного спектра (или мгновеннойспектральнойплотности)электрическихсигналов,определяемоговсоответствии с [7, 63, 108, 190, 191] выражением:√∫(1.7)где T – интервал усреднения, равный 2π/ω, с;t – текущий момент времени, с.Пользуясь известной теоремой запаздывания в диссертационной работевведено модифицированное понятие мгновенного спектра со смещением наполовину интервала интегрирования T:32⁄√∫ ()(1.8)(1.9)⁄Такойподходудобенприформулированиитребованийкбыстродействующему нестационарному фильтру свободных составляющихвходных сигналов.