Продукция
8 (835) 224 06 50
English

Алгоритмическое моделирование в базисе мгновенных величин в условиях асинхронного режима

Подробнее
Алгоритмическое моделирование в базисе мгновенных величин в условиях асинхронного режима

24 октября 2017 года в Чебоксарах прошла Молодежная конференция Академии электротехнических наук Чувашской Республики. С докладом «Алгоритмическое моделирование в базисе мгновенных величин в условиях асинхронного режима» выступил аспирант электроэнергетического факультета ЧГУ им. И.Н.Ульянова, инженер-исследователь 3 категории ООО «Релематика» - Михайлов Максим Васильевич. За выполнение исследовательской работы Михайлову Максиму было присуждено почетное третье место.

Аннотация: Необходимость скорейшего предотвращения опасных условий работы энергосистемы требует от измерительных органов (ИО) быстродействие срабатывания в режиме короткого замыкания (КЗ) и точность работы во всем диапазоне возможных частот в режиме асинхронного хода. Этим требованиям удовлетворяют измерительные органы, действующие в базисе мгновенных величин. В настоящей работе выполнено сравнение измерений, выполненных с использованием алгоритмических моделей на основе фильтров ортогональных составляющих и мгновенных величин.

Введение

Существующая классификация режимов работы энергосистемы имеет многоступенчатую структуру разделения видов повреждений и ненормальных режимов. В каждом режиме ожидается определенный набор воздействий от устройств релейной защиты и автоматики (РЗА). Точное и своевременное выявление вида режима в заданной точке сети позволяет выполнить скорейшее предотвращение и ликвидацию опасных условий работы энергосистемы. В режиме короткого замыкания (КЗ) требуется быстродействие срабатывания, а в режиме асинхронного хода необходима точная работа измерительных органов защит во всем диапазоне возможных частот и, возможно, блокирование действия отдельных функций РЗА. Этим требованиям удовлетворяют измерительные органы, действующие в базисе мгновенных величин. Использование мгновенных величин позволяет обойти недостатки, присущие цифровым фильтрам ортогональных составляющих.

В работе представлены результаты исследования режима асинхронного хода. Показаны результаты испытания алгоритмической модели, способной «перешагнуть» через элемент электрической сети и предоставить напряжения и токи в заданной точке наблюдения, даны точностные характеристики алгоритмической модели. Приведено сравнение результатов с традиционными измерительными органами на базе фильтров ортогональных составляющих.

Моделирование электрических процессов в линии электропередачи в базисе мгновенных величин

Алгоритмическое моделирование предполагает расчет электрических величин в заданной точке сети на основе определенного набора измерений. Рассмотрим RL-модель линии электропередачи, представленную на рис. 1. Уравнения модели в дискретной форме

content-img.png

Уравнения (1) могут быть использованы для вычисления напряжения  и тока  по известным значениям напряжения , тока  и производной тока . Один из способов расчета производной тока по времени  связан с численным дифференцированием. Производную тока будем определять с применением разностных уравнений [1].

Если по линии электропередачи протекает емкостный ток значительной величины, то в модели необходимо дополнительно учесть поперечную емкостную проводимость. На рис. 2 представлена П-образная модель линии.

142.png

Добавление в схему элементов емкости означает отбор тока, вычисление которого основано на производной напряжения по времени:

143.png

П-образная модель линии электропередачи содержит три реактивных элемента, ток или напряжение на которых определяются уравнением с производной. Последовательно от «входа» модели к ее «выходу» необходимо решить три дифференциальных уравнения для каждого реактивного элемента. На каждом этапе решения точка замера «сдвигается» на один реактивный элемент ближе к «выходу» модели. Число таких этапов определяет порядок модели. Таким образом, П-образная модель линии электропередачи имеет третий порядок.

На рис. 3 приведено сравнение осциллограмм напряжения  и тока  в режиме асинхронного хода (АХ) на линии 500 кВ длиной 100 км, полученных с использованием алгоритмической модели линии (АМО) (RL- или П-образной модели) и измеренных в имитационной модели (ИМО). Входные величины АМО – напряжение  и ток  в начале линии, измеренные в ИМО. Относительная приведенная погрешность получена по выражению:

144.png

где – номинальная величина тока или напряжения соотвтетсвенно; – величина, измеренная в ИМО;  – оценка величины при помощи АМО. RL-модель не учитывает емкостную проводимость линии, что приводит к погрешности расчета тока  до 10%, напряжения  – до 0,2%. Погрешность расчета в П-образной модели достигает 0,03% для , 0,06% – для . Осциллограммы погрешностей обнаруживают преимущества П-модели при необходимости определения тока . Погрешности в режиме АХ имеют один порядок величины с погрешностями, наблюдаемыми в нагрузочном режиме.

145.png

Сравнение АМО, построенных в разных базисах

Для сравнения с описанными ранее моделями построена комплексная АМО, оперирующая ортогональными составляющими сигналов напряжения и тока на основной частоте. Комплексная АМО задана трехфазной однородной линией электропередачи с распределенными параметрами. Входные величины напряжения  и тока  определяются в каждый момент времени скользящим окном фильтра Фурье на периоде 20 мс. В задачах автоматики ликвидации асинхронного режима важной оказывается измеряемая величина разности фаз напряжений  и :  [2]. На рис. 4 показано сравнение расчета разности фаз , полученной с помощью АМО в базисе комплексных и мгновенных величин. В среднем определение фазы напряжения в комплексной АМО запаздывает на 16 мс, тогда как АМО в базисе мгновенных величин дает результат в ту же миллисекунду. Кроме того, на рис. 5 показана вариация погрешности определения  в комплексной АМО во времени. Для режима АХ с частотой скольжения 6 Гц погрешность определения ? непостоянна и может достигать 12. Частота и амплитуда колебаний погрешности увеличиваются с ростом частоты скольжения. Эти особенности необходимо учитывать в структуре измерительного органа разности фаз напряжений в задаче АЛАР.

146.png

Выводы

В работе представлены результаты исследования способа алгоритмического моделирования линий электропередачи в базисе мгновенных величин в условиях асинхронного режима. Расчеты показали, что погрешность моделирования напряжения удаленного конца линии при использовании RL- или П-образной модели удовлетворительная и не превышает 0,2% даже при значительном отклонении напряжения и тока от номинальной частоты. Выявлено, что АМО на основе фильтров ортогональных составляющих имеет запаздывание на 16 мс и погрешность до 12 относительно имитационной модели в режиме АХ.

Список литературы

  1. Турчак Л.И. Основы численных методов / Л.И. Турчак, П.В. Плотников – М.: Физматлит, 2002. – 304 с.
  2. Наровлянский В.Г. Современные методы и стредства предотвращения асинхронного режима электроэнергетической системы / В.Г. Наровлянский – М.: Энергоатомиздат, 2004. – 360 с.
147.jpg 148.jpg 149.jpg 150.jpg151.jpg
Алгоритмическое моделирование в базисе мгновенных величин в условиях асинхронного режима
Другие новости
Новость
Адресная помощь нуждающимся семьям
16.12.2015
Подробнее
Новость
АДЗ на заседании НТС ПАО «Россети»
04.08.2016
Подробнее
Новость
XXII «Международная выставка производителей оборудования РЗА»
20.06.2016
Подробнее
Новость
XX Международная выставка «Электрические сети России - 2017»
14.12.2017
Подробнее
Новость
XIX межрегиональная выставка-форум предприятий энергетической отрасли «Энерго-VOLGA-2016»
12.04.2016
Подробнее
Новость
XI Международная НТК «Электроэнергетика глазами молодежи – 2020»
18.09.2020
Подробнее