Введение к работе
.Актуальность проблема. Задачи распознавания и анализа аварийных процессов й электрических системах, в том числе ус задачи релейной" защиты, нуздавтся в методах решения» адекватных современной цифровой технике. Представляется, что соответствующая теория зарождается в настоящее время на уровне внешнего программного обеспечения регистраторов аварийных процессов (цифровых аварийных осциллографов). Труды отечественных-; (В.Н.Бочкарев, В.К.Ванин. Я. С.Гельфанд. Н.А.Дсни. А.С.Засыпкин, С.Л.Кужеков, А.И.Левиуш. В.Н.Новелла. Г.С.Нудельман, Н.й.Овчаренко, Г.М.Павлов, В.Е.Поляков, А. С. Саухатас, Б. С.СТогний, ' Е.М.УльяницкиЯ. Э.М.Шнеерсон и другие) и зарубежных ученых дают і снования полагать, что ее развитие пойдет по пути, близкому к теории автоматического управления, ко все же достаточно своеобразному, и указываот два ее главных раздела. Первый - цифровая обработка входных величин, пропорциональных' току или напряженно электрической сети - имеет целью создание- информационной базы анализа.аварийных режимов. Второй -оценивание параметров схемной модели поврежденного объекта -призван-распорядиться-этой базой.
Для верхнего уровня информационной системы, выступающего в
роли арбитра по.отношению к релейной защите; необходимо отыскать-
алгоритмы, способные создать максимальноширокую информационную
.базу и оптимально ев воспользоваться. Подобные требования приво
дят-к адаптивным алгоритмам, которые, пройдя апробация на верхнем
уровне, показывают общее направление эволюции алгоритмов релейной
защиты. Например, метод точного определения места.повреждения иг
рает именно, такую роль по отношению к дистанционной защите. Пере
ходя в область реального времени, адаптивные алгоритмы'интерпре
тируются как адаптивные-реле. Адаптивное реле как частный случай
адаптивной системы, отличается от.неадаптивного способностью вос
полнять недостаток априорной информации за счет более полного' ис
пользования апостериорной информации; . так же по аналогии с,'адап
тивными системами различаются реле с развитой адаптацией W/. огра
ниченно адаптивные реле (с частичной адаптацией). '//
Более чем тридцатилетний опыт разработки реле различного назначения, исследования в.области теоретических основ-релейной задати убедили автора в целесообразности-и своевременности обобщался сложившихся представлений, об адаптивных реле. Работа выполне-
- 4.-
на в ЧувГУ в сотрудничестве с БНИИР. ЧЭАЗом. ЦДУ ЕЭС России,' Ато-. мэнергопроектом и некоторыми гфедприятаями энергетики. Близкая К: ней гак своей проблематике работагвыполнена В. Н. Новеллой на кафедре РЗ я АЭс МЭИ. Эти два исследования взаимно дополняют друг-друга, исходя из разных моделей входных величин, различаясь подхода-. . ми, методами и областью применения.
;В 1992 г. работа автора "Диагностика и противоаварийная'защи-'
та сложных систем" включена в программу "Университеты России". по
'"' направлению "Нелгаейныэ динамические системы". ' В 1S34 г. предло-
V кенная автором работа "Адаптивная микропроцессорная защита', от
\" аварий з мощных системах" стала одним из победителей конкурса
грантов по фундаментальным исследованиям в области энергетики' к
электротехники. - - " :
Цель работы заключается в постановке и решении фундаменталь
ные задач теории адаптивных реле и в ее приложении к задачам -ре
лейной защилгы и автоматики электрических систем. В рамках общего
направления проводятся исследования в следующих областях: ''. <*
1. Цифровая обработка входных величин как средство создания
информационной базы адаптивных реле путем: 1.1) Сегментации конт-
ролируемого'процесса: выявления недостоверных отсчетов и их.исп
равления, фиксации характерных моментов времени (граница доава-
рийного и аварийного режимов, окончание переходного процесса)',
выделения 'участков правильной трансформации. 1.2) Спектрального
анализа аварийного процесса: разделения установившейся и преходя
щей слагающих, определения.частоты сети, выделения компонентов.с
указанием их частот, затуханий, амплитуд и фаз. 1.3) Фильтрации
.','; ' информационных составляющих - ортогональных. . симметричных, ава
рийных: 1.4) Экстраполяции наблюдавшегося процесса, .формирования
; чисто аварийного процесса.- ' ."'."-",. ,\ ",.;.
2. Оценивание параметров схемной модели линии электропередачи,
'' с целью определения зоны, места, характера ее повреждения. -,.-/-.
'.-_ ,3. Анализ первичных процессов с .целью повышенкя-о информацйон-'
/ ной обеспеченности адаптивных релэ.' Это касается, в частности,'
. рели. зимметричных и бэзнулевых (центрированных) составляющих.
'-:"_- ^актуальных компонентов. . _.-''
4. Алгоритмы и схемотехнические решения, относящиеся к преоб-
/.',- рааоаакиа входных величин и построению реле на основе ортогональ--
,' -ннх составляющих. - _;'\. ''.
< /Гемзегоческце результаты и научная навизна: 1. Постановка-за-..
'- 5 -
дачицифрового спектрального анализа входных величин адаптивных реле - более общей, чек фильтрация. Для ее решения разработан метод' производящих уравнений, давший обший алгоритм оценки .спектров частот, затуханий., амплитуд. Синтез производящих.уравнений сведен к настройке адаптивных.Фильтров. Разработаны методы настройки путей рекурсии по порядку.
'2. Даны модификации метода производящих уравнений пркмени-. те-яьнс к ьадачам распознавания типа процесса (пуск, сегментация, восстановление, экстраполяция, достоверизацияі.
-
Найдена методическая основа.синтеза алгоритмов измерительных .органов адаптивных реле - оценивание параметров схемной модели контролируемого объекта. Как в цифровой обработке входных че-личин. так и в оценивании параметров, реализована иде~ разделения задачи на"' линейную и нелинейную части, первая из которых несет эсновнув информацию о совокупном решения.. . - ' "
-
Из годгт Ъценива:.2я координаты места повреждения выведен адаптизньл: дистанционный -ринщш зашиты линии электропередачи, реализованный затем в методе аварийных чфитериев. Обнаружено множество' критериев и связанных и ними целевых функций, в частности, трехфазные функции, выявляющие все виды повреадений,, и однофазные, опирающиеся на более щрокую икформаттгонн; з базу. Установлена информационная эквивалентность свободных компонентов к основной гармсни"ч. . ' ' .'
,. 5. Разработаны приншшиальнне положение теории адаптивных реле сопротивления. Получены лх предельно достижимые характерней-ки,' в том числе к на комплексной плоскости сопротивлений; разграничены параметры, характеризующие селективность и точность. Дана физическая интерпретация причины ослабления селективности при обратной передаче мощности загрузочного рекима. Разработаны метода анализа селективности и точности адаптивных, реле: путем исследования, знаков целевой функции «а граілцах защищаемой зоны и путем," определения течек пересечения годографов на.комплексной плоское-: ти. '.Показано, что метод аварийных критериев'ставит синте: адаптивных реле сопротивления'на.регулярную-оснезу.;При этом решается, как задача дистанционной защиты, так и определений места попрек-: дения линии электропередачи. :. --_;. у ~ ''.'-.- /?"";''..'' '-."-''.""'""; ':'
.6. Найдена количественная характеристика информационной, базы. адаптивных реле для различных вилов ьівреадения линии злектроле- :
редаЧИ.-.:/ >.-.' "' ^ .' '.''' -Г :'і-'::'\'> '{'< . : :,r''.;V.>; '"'' ..-....: .-J
;."' v .7-1 Введено понятие ' о\ фильтрах ортогональных ^составляющих; и ^
более оощее - о фильтрах информационных составляющих: ортогональных, симметричны);, аварийных. Показано единство их теории и общность структур, костяк которых образуют элементарные заграждающие Фильтры гармоник основної! частоты.
Є. Поставлена задача оптимального синтеза фильтров основной
гармоники, в том числе и фкльт ов ортогональных составляющих. Ус-.
тановлено. что фильтры, удовлетворяющие квадратаческоку критерию.
правомерно трактовать как обобщение алгоритма Фурье на любые по
рядки, смещения частоты и фазы. Найден ключ к анализу частотных
характеристик параметрических и рекурсивных фильтров ортогональ
ных составляющих - условие их эквивалентности нерекурсивна* Филь
трам. в
9. Разработаны фрагменты теории сравнения фаз. измерительных
органов фазочувствигельных реле, преобразователей тока и напряже
ния, в связи с чем р звита новые подходы к анализу дискретных
процессов в электрических цепях и Волковых процессов в длинных
линиях, внесены коррективы в. анализ переходных процессов методом
симметричных составляющих. Развит обіли подход к аналізу характе
ристик срабатывания (возврата) измерительных органов путем" опре
деления точек соприкосновения траекторий, описываемых результатом
замера в пространстве параметров, с заданной характеристикой.
10. Показано, что представление входных величин . в базисе
комплексных экспонент снимает вопрос о начальных условиях е урав
нениях СХеМНЫХ Моделей ЭЛйКТрИЧесКИХ JHCTeM.
Практическая ценность, работы. 1. Создано алгоритмическое обеспечение программных, комплексов обработки цифровых ОСЦЙЛЛОГ* раш аварийных фоцесеэв. б электрических системах, в том чнече адаптивные . пусковые органы, анализаторы переходных ппроцессов. методы сжатия к дсонтроля достоверности информации о входных величинах.. '
'[': . Создаьо алгоритмическое обеспечение'программ определен:;* места повреждения линий электропередачи.
3. Даны алгоритмы адаптивных реле' сопротивления и адаптивной
дистанционной защиты от всех видов 'замыкания, -для которой найдено
сочетание/двух типов реле-сопротивления: - в первых .применяются
аварийные составляющие токов, а во вторых - симметричные состав-
лягі^ие: Достигнута универсальность адаптивных реле сопротивления,
определяющих^ зону,- лдесто повреждения -и выбирающих - поврежденные
фазы. . . '
-7:-
4.-Эбнаружен" и реализован класс адаптивных фильтров, выделяю
щий нужные гармоники на фоне переходного процесса в электрической
сета.
-
Получзны наиболееэкономичные по числу операций модификации фильтров информационных составляющих, оптимальные по качеству АЧХ фильтры ортогональных составляющих, синтезировано множестзо нерекурсивных и рекурсивных структур подобных фильтров и даны рекомендации по их выбору.
-
Разработаны способы и схемы сравнения фаз. отличающиеся избирательным отношением к спектральному составу входных величин; на их основе разработаны .и внедрены в серийное производство реле и блоки задат.
Структура и объем диссертации- Диссертация состоит из введения, 12 глав, заключения, списка литературы (270 наименований) и приложения. Основной материал изложен на 350 листах машинописного "текста и 125 листах иллюстраций и таблиц. Приложения детализируют алгоритмы щ'фровой обработки входных величин и. дают примеры анализа цифровых осциллограмм аварийных процессов.
