Содержание к диссертации
Введение
1 Исследование качества и эффективности функционирования автоматики ликвидации асинхронного режима 11
1.1 Постановка задачи 11
1.2 Обзор и систематизация автоматики ликвидации асинхронного режима 12
1.2.1 Параметры для выявления асинхронного режима 12
1.2.2 Принципы и способы выявления асинхронного режима 18
1.2.3 Устройства автоматики ликвидации асинхронного режима 23
1.3 Разработка структуры качества и эффективности функционирования автоматики 27
1.4 Анализ автоматики ликвидации асинхронного режима по показателям качества и эффективности 33
1.5 Системный анализ эффективности автоматики ликвидации асинхронного режима на основе простейших моделей 37
1.6 Выводы 52
2 Разработка принципиально-методологических подходов и способов для выявления асинхронного режима на первом цикле 54
2.1 Постановка задачи 54
2.2 Новый принцип и метод определения параметров распознавания асинхронного режима 56
2.3 Способ выявления момента возникновения асинхронного режима 66
2.4 Способ фиксации факта возникновения асинхронного режима 71
2.5 Способ повышения адекватности управляющих воздействий 79
2.6 Способ отстройки от коротких замыканий 84
2.7 Выводы 90
3 Разработка алгоритма автоматики ликвидации асинхронного режима для микропроцессорного устройства 92
3.1 Требования к алгоритму, его функции и общие характеристики 92
3.2 Структурная схема алгоритма 97
3.3 Алгоритм выявления момента возникновения асинхронного режима. 110
3.4 Алгоритм выявления факта возникновения асинхронного режима 115
3.5 Выводы 121
4 Испытания разработанного алгоритма автоматики ликвидации асинхронного режима в составе микропроцессорного комплекса противоаварийной автоматики 122
4.1 Микропроцессорный комплекс противоаварийной автоматики 122
4.2 Испытательные устройства 128
4.3 Программа испытаний 131
4.4 Анализ результатов испытаний 140
4.5 Выводы 144
Заключение 146
Список литературы 148
Приложение А. Моделирование электропередачи при анализе автоматики ликвидации асинхронного режима 157
Приложение Б. Рекомендации по выбору настраиваемых параметров алгоритма автоматики ликвидации асинхронного режима 161
Приложение В. Акт о внедрении научных результатов диссертации 166
- Параметры для выявления асинхронного режима
- Новый принцип и метод определения параметров распознавания асинхронного режима
- Требования к алгоритму, его функции и общие характеристики
- Анализ результатов испытаний
Введение к работе
Актуальность темы. Автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР) занимает одно из ключевых мест в структуре противоаварийной автоматики (ПА) электроэнергетических систем (ЭЭС), являясь основным средством противоаварийного управления, предотвращающим развитие тяжелых системных аварий, связанных с нарушением устойчивости параллельной работы генерирующих источников.
Факт возникновения асинхронного режима (АР) наиболее достоверно устанавливается по характеру изменения угла между эквивалентными ЭДС асинхронно идущих частей системы. Поэтому угол следует считать обобщённым параметром распознавания АР.
В ЕЭС России система АЛАР представляет собой совокупность локальных устройств, контролирующих сечения, по которым производится деление системы (ДС) при АР. Особенностью локальных устройств является дефицит входной информации и, как следствие, ограниченный круг принципов контроля угла для выявления АР на первом цикле (основные принципы – дистанционный и угловой).
В дистанционном принципе оценивают через входное сопротивление сети Z=U/I (U и I – вектора напряжения и тока в месте подключения АЛАР). Этот принцип использован в типовых панелях основных устройств АЛАР, повсеместно внедрённых, начиная с 70-х годов прошлого столетия. Их опыт эксплуатации, обобщённый в статистических данных и исследованиях, показал недостатки дистанционного принципа, послужившие причиной многих случаев неправильной работы АЛАР в энергосистемах страны. Так, в период с 1981 по 1990 г.г. имели место 18 крупных системных аварий, к которым привела неправильная работа АЛАР. В связи с этим отечественными разработчиками были предприняты усилия для повышения эффективности АЛАР на базе микропроцессорной техники, в результате чего на рубеже тысячелетия появились микропроцессорные устройства АЛАР-М и АЛАР-Ц, основанные на угловом принципе. Поскольку эти устройства были рекомендованы к применению в ЕЭС России только в 2008 году, отсутствует достаточный опыт их эксплуатации, что не позволяет дать полную оценку эффективности функционирования. Однако на принципиальном уровне может быть отмечен недостаток, связанный с необходимостью моделирования напряжений в смежных узлах энергосистемы, что вносит ограничения по применимости в сложных схемно-режимных условиях в сравнении с устройствами дистанционного типа.
С начала этого столетия на совершенствование ПА в объединенной энергосистеме Дальнего Востока (ОЭС Востока) выделяются огромные инвестиции, что привело к внедрению централизованных комплексов ПА на Бурей-ской и Зейской ГЭС, а также на Приморской ГРЭС, и к масштабному вводу в эксплуатацию локальных микропроцессорных комплексов ПА (МКПА) в ко-3
личестве более 80-ти терминалов. Именно в рамках энергетического строительства на Дальнем Востоке в ДВГТУ при непосредственном участии автора были разработаны новые способы и алгоритмы АЛАР для внедряемых МКПА с целью повышения эффективности этой автоматики.
Таким образом, в современных условиях, когда наращивается и совершенствуется вся система ПА, проблема повышения эффективности АЛАР весьма актуальна. Она может быть решена только за счёт поиска новых принципов и способов выявления АР, позволяющих улучшить селективность и устойчивость функционирования автоматики, которые относятся наряду с надёжностью, обеспечиваемой современной техникой на приемлемом уровне, к основным показателям качества и эффективности.
Объектом исследования является автоматика ликвидации асинхронного режима во взаимосвязи с электроэнергетической системой, над которой она в качестве надсистемы производит автоматические действия в составе комплекса ПА.
Предмет исследования – эффективность функционирования АЛАР, ее структура и ресурсы повышения за счет совершенства новых принципов и способов выявления АР.
Связь темы диссертации с общенаучными программами. Работа выполнялась в соответствии с научными направлениями рабочей группы В5 «Релейная защита и автоматика» Международной конференции по большим энергетическим системам (СИГРЭ), а также в рамках исполнения приказа РАО ЕЭС России № 15 от 15.01.2008 года «О повышении надежности электроснабжения потребителей Приморского края».
Цель работы – повышение эффективности автоматики ликвидации асинхронного режима в энергосистеме на базе новых принципов и способов выявления АР.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
уточнение структуры показателей качества и эффективности для АЛАР;
определение ресурсов и путей повышения эффективности АЛАР посредством системного анализа и предложенных показателей;
разработка общего метода вычисления по локальной информации обобщённых параметров двухчастотного АР, достаточных для его эффективной идентификации на любых стадиях развития, начиная с момента нарушения устойчивости;
разработка на базе предложенного метода эффективных способов выявления АР;
разработка универсального алгоритма АЛАР для микропроцессорного устройства противоаварийной автоматики.
Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с использованием теории электрических цепей, теории электромеханических переходных процессов, методов системного анализа, методов синтеза принципиальных схем автоматики, методов математического моделирования режимов электрических систем.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
применением фундаментальных законов и методов теории электрических цепей, теории электромеханических переходных процессов, теории автоматического управления;
использованием апробированной в типовых расчётах математической модели электропередачи, адекватность которой подтверждена совпадением характера переходных процессов в моделируемых и реальных режимах электрической сети;
проведением всесторонних лабораторных испытаний разработанного алгоритма АЛАР с использованием устройств и программ, имитирующих различные режимы энергосистемы;
опытом серийной эксплуатации алгоритмов АЛАР в составе микропроцессорных комплексов на объектах ОЭС Востока;
широким обсуждением основных результатов работы на семинарах кафедры электроэнергетики Дальневосточного государственного технического университета (ДВГТУ), кафедры электрических станций Новосибирского государственного технического университета (НГТУ), региональных и международных конференциях.
Научная новизна.
-
Предложена универсальная иерархическая структура показателей качества и эффективности АЛАР, на основании которой посредством системного анализа определены пути и ресурсы повышения эффективности её функционирования.
-
Сформулирован дистанционно-угловой принцип и предложен метод ортогональных функций для определения обобщённых параметров, позволяющих выявлять асинхронный режим по локальной информации (параметров распознавания АР).
-
Разработан эффективный способ выявления момента возникновения двухчастотного АР с использованием обобщённых параметров, обладающий адаптивностью к изменению конфигурации сети и параметров схемы замещения в ходе АР.
-
Разработан способ выявления АР на первом цикле, обладающий возможностями по контролю начального периода АР, по фиксации АР в смежных сечениях и по адаптации момента отключения электропередачи к наиболее благоприятным условиям.
-
Предложены оригинальные способы отстройки от КЗ и реализации управляющих воздействий (УВ) при минимуме тока электропередачи.
-
На базе предложенных способов разработан универсальный алгоритм АЛАР для применения в микропроцессорных устройствах противоаварийной автоматики.
Практическая ценность работы.
Устройства АЛАР на базе предложенных способов выявления АР эффективно функционируют в сетях любой конфигурации на основании информации о напряжении в узле и токе контролируемого присоединения без использования в алгоритме параметров прилегающей сети и суммарного тока по сечению АР.
Расчёт режимов энергосистемы и выбор на их базе уставок АЛАР производятся с помощью типового программного обеспечения, причем количество уставок, требующих трудоёмких расчётов, минимизируется, а отстройка от КЗ осуществляется непосредственно по максимальному скольжению (минимальному периоду) АР.
Повышенная селективность АЛАР позволяет реализовывать функции резервирования устройств, отвечающих за смежные сечения АР.
Повышенная устойчивость функционирования АЛАР обеспечивается улучшенной отстройкой от внешних АР без снижения чувствительности к выявляемым режимам, а также стабильностью характеристик автоматики, не восприимчивых к изменениям частоты в ходе АР.
В устройствах АЛАР с повышенной эффективностью предусмотрена опция, позволяющая производить отключение передачи при минимальном значении тока в ней, что облегчает переход энергосистемы к послеаварийному режиму.
К защите представляются:
дистанционно-угловой принцип и метод ортогональных функций для вычисления обобщённых параметров, необходимых для распознавания АР по заданному сечению;
способ выявления момента возникновения АР, адаптивного к изменению конфигурации сети во время эксплуатации устройства АЛАР;
способ выявления АР на первом цикле, который обеспечивает контроль начального периода АР, фиксацию АР в смежных сечениях и адаптацию момента отключения электропередачи;
способы отстройки от КЗ и реализации управляющих воздействий при минимуме тока электропередачи;
универсальный алгоритм для основного устройства АЛАР в составе микропроцессорных комплексов.
Реализация результатов работы. Разработанный алгоритм реализован в микропроцессорном комплексе противоаварийной автоматики МКПА производства ООО «Прософт-Системы» (г. Екатеринбург). Этот алгоритм, осно-
ванный на разработанных принципах и способах был серийно внедрён в эксплуатацию в составе 27-ми шкафов МКПА на 15-ти энегообъектах в ОЭС Востока. В связи с продолжающимся развитием электрической сети в Приморской энергосистеме предусмотрено использование разработанного алгоритма АЛАР в устройствах противоаварийной автоматики на новых энергообъектах.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на международной конференции СИГРЭ «Релейная защита и автоматика современных энергосистем» (Чебоксары, 2007), на научно-технической конференции «Вологдинские чтения» (Владивосток, 2002 и 2003), на заседаниях кафедры электроэнергетики ГОУ ВПО «ДВГТУ» и кафедры электрических станций ГОУ ВПО «НГТУ».
Публикации. Результаты исследований нашли отражение в 11 научных трудах, в том числе: 2 статьи по перечню ВАК, 2 патента Российской Федерации, 7 статей в периодических научных изданиях. В публикациях в соавторстве личный вклад соискателя составляет не менее 50%.
Личный вклад. Основные научные результаты и положения, изложенные в диссертации, постановка задач и методы их решения разработаны и получены самостоятельно.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 87 наименований и трёх приложений. Изложена на 162 страницах машинописного текста, который поясняется 28 рисунками и 3 таблицами.
Параметры для выявления асинхронного режима
Эффективность АЛАР во многом зависит от применяемых принципов и способов выявления АР, которые основаны на контроле режимных параметров, получаемых из входных сигналов. Следовательно, эффективность выявления АР напрямую зависит от информативности контролируемых параметров. Поэтому, прежде всего, необходимо систематизировать эти параметры и оценить их возможности по распознаванию АР на различных стадиях его развития. Это позволит классифицировать АЛАР по принципам действия и дать им оценку с учётом индивидуальных и совокупных признаков АР, содержащихся в контролируемых режимных параметрах.
Обобщая предыдущие исследования [29, 30, 31], составим полный перечень параметров, получаемых из подводимых к АЛАР через измерительные трансформаторы токов и напряжений в месте подключения:
1 Действующее (амплитудное) значение тока I;
2 Действующее (амплитудное) значение напряжения U;
3 Входное комплексное сопротивление Z=U/I;
4 Модуль измеряемого сопротивления Z;
5 Фазовый угол ср между векторами напряжения U и тока I, равный углу сопротивления Z;
6 Угол 8i2m между моделируемыми напряжениями в двух точках контролируемой передачи Uaim=U+Zaim-I и Ua2m=U-Za2m-L где Zaim и Z m - расчётные сопротивления от места установки АЛАР до каждой из упомянутых точек;
7 Активная мощность контролируемой линии Р;
8 Полная комплексная мощность контролируемой линии S=P+jQ.
Все приведенные выше параметры могут быть получены как на основании тока и напряжения отдельной фазы, так и на основании тока и напряжения прямой последовательности.
Контролируемые параметры должны содержать такую совокупность признаков, которая позволяла бы достоверно различать АР среди множеств эксплуатационных и аварийных режимов, в том числе синхронных качаний (СК) и КЗ. Кроме того, необходимо также определять сечение АР для деления системы на части, где генераторы имеют разные частоты, и устанавливать, какая из этих частей избыточна, а какая дефицитна, чтобы формировать обеспечивающие ресинхронизацию УВ.
При двухчастотном АР любая ЭЭС может быть представлена в виде эквивалентной электропередачи [32], схема замещения которой относительно контролируемого сечения (узел 1) представлена на рисунке 1.1. Здесь Еь Е_2 и Zb Z2 - эквивалентные ЭДС и сопротивления асинхронно идущих частей системы, причём Z, = Zi + Z2 - эквивалентное сопротивление передачи.
Нужно отметить, что величины ф и Р, а также 8i2m5 в районе 8«0 могут быть в ряде режимов примерно равны своим значениям при 8«180. Поэтому необходимо использовать дополнительный параметр, значения которого имеют чётко выраженное отличие в диапазонах 8, примыкающих к 0 и 180. Такими параметрами являются I, U и Z.(CM. рисунок 1.3) Угол ф контролируют, как правило, через комплексные величины Z и S, причём характеристики срабаты вания измерительных органов Z позволяют фиксировать области_8, охватывающие 8=180.
Для формирования УВ через несколько циклов можно использовать фиксацию на каждом провороте векторов ЭДС переходов 8 через 180 с использованием рассмотренных параметров (Z, Si2m5 ср, Р и S). Срабатывание АЛАР должно происходить после отсчета заданного числа циклов АР. Известен более простой способ выявления АР через несколько циклов, основанный на фиксации продолжительных колебаний одного из режимных параметров в широком диапазоне [29, 32]. В качестве такого параметра используют упомянутые ранее параметры I, U и Z. При этом отстройка от СК производится по максимально возможному количеству колебаний или времени их существования, что резко ухудшает быстроту срабатывания АЛАР.
Помимо отстройки от нормальных режимов и СК для обеспечения селективной работы необходимо, чтобы АЛАР выявлял и прекращал АР по контролируемому сечению, и не реагировал на внешние АР за исключением случаев, когда необходимо произвести резервирование устройств АЛАР в других сечениях. Непосредственно определить сечение АР с помощью локальных параметров нельзя. Однако понятие сечения взаимосвязано с понятием электрического центра качаний (ЭЦК), который представляет собой точку электрической схемы, где напряжение равно нулю при 8=180. Как правило, ЭЦК находится на связях того сечения, по которому происходит нарушение устойчивости. Для косвенного определения местоположения ЭЦК используются различные режимные параметры. Исходя из определения ЭЦК, оценить сечение АР можно только по мере приближения 8 к 180. Следовательно, необходимо применять параметры, величина которых при 5«180 существенно зависит от места размещения ЭЦК.
Степень удаленности ЭЦК от места установки АЛАР возможно определить с помощью параметров U и Z. По параметру I можно обнаружить сечение АР только с учетом разветвленности схемы, т.к. величина тока электропередачи в АР практически не зависит от места ЭЦК. Сторона размещения ЭЦК относительно контролируемого узла определяется по ф или S.
Параметры Z и 8i2m позволяют отслеживать зону размещения ЭЦК. При использовании Z контролируемая область задается с помощью замкнутой ХС. По величине угла 8i2m при 8=180 определяется факт расположения ЭЦК между двумя точками сети, где моделируют напряжения Uaim и Ua2m, т.е. Si2m зависит от выбора этих точек с помощью значений Zalm и Za2m.
Знак взаимного скольжения векторов Е1 и Е2, по которому устанавливаются дефицитная и избыточная части ЭЭС, определяется знаком производной от б по времени. Его оценивают по характеру изменения Z, ф, 8i2m, Р и S. Направление перехода этих параметров из одной области значений в другую однозначно определяется знаком взаимного скольжения. Нужно отметить, что по тем режимным параметрам, которые формируются на основе только одной подведенной величины (тока или напряжения), оценить знак скольжения невозможно в принципе, т.к. при этом нельзя получить информацию о разности фаз.
В устройствах АЛАР должна обеспечиваться отстройка от КЗ. Это особенно важно, когда автоматика настроена на выявление АР на первом цикле, и велика вероятность ложного срабатывания при изменении параметров во время КЗ. Поскольку режимные параметры при возникновении и последующем отключении КЗ изменяются очень быстро, то, как правило, отстройку осуществляют по скорости изменения параметров, предполагая, что на первом цикле АР
Новый принцип и метод определения параметров распознавания асинхронного режима
В первой главе было установлено, что причины недостаточной эффективности функционирования АЛАР, проявляющиеся в снижении селективности и устойчивости функционирования, следует искать, прежде всего, в несовершенстве принципов и способов выявления АР. Основные ресурсы повышения эффективности заложены в таких свойствах автоматики, как диагностикоспособ-ность, адекватность УВ, параметрическая устойчивость срабатывания (рисунок 1.4). Однако традиционные принципы не позволяют в полной мере задействовать эти ресурсы. Поэтому, прежде всего, сформулируем принципиальный подход, лежащий в основе разработанных способов выявления АР. Этот подход (принцип) построен на трёх положениях:
1 Синтез параметров распознавания должен производиться на основании входного сопротивления сети Z.
2 Не допускается использование моделирования напряжений в других узлах сети, связанных с контролируемым.
3 Параметры распознавания АР должны быть жёстко связаны с углом 5 или сопротивлением до ЭЦК при минимальном влиянии на них изменяющихся в ходе АР параметров схемы замещения (Z3, q 3, k).
Первое положение обеспечивает работоспособность АЛАР в любых условиях, приемлемых для дистанционного принципа, используемого в типовой автоматике во всех энергосистемах страны. Второе положение снимает ограничения, связанные с затруднениями моделирования напряжений в сложных разветвлённых сетях. Третье положение исключает методологическую погрешность в определении параметров распознавания АР и обеспечивает устойчивость функционирования автоматики при обнаружении АР на ранних стадиях развития.
Новый подход к проблеме эффективного выявления АР в соответствии с его положениями назовём дистанционно-угловым принципом [76-80]. В качестве основных параметров распознавания АР выберем:
- расчётный угол 8т, соответствующий эквивалентному углу 8, или другой параметр, однозначно связанный с Sm;
- расчётное сопротивление Z0m от места установки АЛАР до ЭЦК.
Согласно предложенного принципа будем считать источником исходной информации входное комплексное сопротивление сети Z. Этот параметр содержит в себе информацию об угле 8 и сопротивлении до ЭЦК (Z при 8 =180) [32].
Для реализации дистанционно-углового принципа разработан метод ортогональных функций, согласно которому параметры распознавания АР вычисляются через проекции Zm и Z0m вектора Z на оси R и jX соответственно, повёрнутые в комплексной плоскости относительно осей R и jX на некоторый угол фк, дополняющий угол фэ эквивалентного сопротивления Za электропередачи до 90:
При этом искомые проекции, представленные на рисунке 2.1, вычисляются по формулам
Фактически Zm и Z0m относятся к точке минимального напряжения (ТМН) на электропередаче, определяя сопротивление до места подключения автоматики (контроля Z) и сопротивление, которое можно было бы измерить непосредственно в ТМН.
В предложенном методе принято допущение о совпадении с несущественной погрешностью ТМН и ЭЦК в диапазоне рабочих углов 90 5 270, где производится выявление АР. Как показали расчёты, при изменении отношения к эквивалентных ЭДС по концам электропередачи (рисунок 1.1) в пределах от 0,8 до 1,25 погрешность AZ=Zom-Zc, отнесённая к Z3, не превышает в среднем ±2 % (рисунок 2.2). При приближении 8 к 180 погрешность AZ стремится к нулю, принимая экстремальные значения при граничных значениях 5 и к.
По методу ортогональных функций основополагающей для вычисления 6 является его простая тригонометрическая связь с напряжением в ЭЦК (ТМН), которая может быть установлена с помощью векторной диаграммы, приведённой на рисунке 2.3 для схемы замещения электропередачи, эквивалентирующей ЭЭС при двухчастотном АР.
Полученное выражение (2.7) показывает непосредственную взаимосвязь между напряжением в ТМН и углом электропередачи. Однако необходимо заметить, что величина Um, строго говоря, не является напряжением в ЭЦК. Необходимо оценить различия между напряжением в ТМН и напряжением в ЭЦК.
Расчеты показывают, что разница между этими величинами растет по мере увеличения отклонения к от.единицы. Однако даже при наибольшем возможном различии между векторами E_i и Е_2 (к=0,8 или к=1,25) относительная раз ность AU=(Um.max-UCimax)/Um.max не превышает 0,7 % (рисунок 2.6), что позволяет вместо Uc использовать напряжение Um, определяемое в текущем режиме по простому тригонометрическому выражению (2.4).
Основная сложность применения Um заключается в отсутствии возможности непосредственного измерения либо точного вычисления величин Ei и Е2. Однако, учитывая ограниченность диапазона изменения модулей ЭДС, можно вместо Um.max использовать средненоминальное значение напряжения UH. В этом случае погрешность вычисления напряжения в ТМН будет определяться разностью между уровнем Ei и Е2 с одной стороны и величиной UH0M с другой. Тогда в реальных режимах (к=0,9-И,1) отклонение Um,max от усредненного значения UH будет находиться в пределах 0,1-UH. Согласно (2.10) это соответствует нахождению максимальной погрешности определения 6 в районе 10. По мере приближения к 8=180 погрешность уменьшается, что является приемлемым для задач, решаемых АЛАР. Здесь нужно обратить внимание на важнейшее преимущество использования Ura, которое связанно с отсутствием величины тока в выражении (2.4). Это позволяет применять напряжение в ТМН для АЛАР в сетях сложной конфигурации с большим количеством параллельных связей, не опасаясь больших погрешностей в оценке угла электропередачи.
Напряжение Um в методе ортогональных функций вычисляется через проекцию Zm
Требования к алгоритму, его функции и общие характеристики
Разработанные способы выявления АР на первом цикле построен на ряде математических вычислений, включая широкое использование тригонометрических функций, операций дифференцирования и интегрирования. Выполнение таких расчетов на электромеханической или микроэлектронной базе является сложной или даже неразрешимой задачей. Поэтому элементно-аппаратной базой для синтеза алгоритмов по разработанным способам выявления АР выбраны микропроцессорные модули и устройства ПА, т.к. они обладают высокой надежностью, универсальностью и гибкостью, позволяя реализовать алгоритмы практически любой сложности.
В соответствии со своим назначением и функциями [1, 2] устройства АЛАР должны:
- выявлять АР при его возникновении в симметричных и неполнофазных режимах;
- обеспечивать выявление и ликвидацию АР в зоне своего контроля и несрабатывание при внешних АР;
- блокировать срабатывание автоматики при синхронных качаниях, КЗ и других анормальных режимах;
- обеспечивать эффективность выявления АР во всех схемах и режимах энергосистемы, возникающих в ходе эксплуатации;
- не срабатывать в максимальных нагрузочных режимах электропередач, на которых они установлены;
- осуществлять ликвидацию АР делением системы на несинхронно работающие части или в отдельных случаях путём ресинхронизации;
- выполнять основные и резервные функции устройств по контролируемому и смежным сечениям.
Чтобы устройства АЛАР эффективно выполняли перечисленные функции, им придаются определённые свойства или, другими словами, предъявляются требования, отвечающие этим свойствам.
Эти требования (свойства) можно определить предложенной структурой качества и эффективности, рассмотренной в первой главе. В общем виде результаты отображения множества свойств на множество функций АЛАР сведены в таблицу 3.1.
Свойства, порождающие определенные функции названы образующими. Они составляют структуру селективности. В то же время устойчивость и надежность функционирования оказывают влияние только на качество выполнения каждой из функций и считаются поддерживающими.
Новый принцип и способы выявления АР, рассмотренные в предыдущей главе, позволяют синтезировать алгоритм АЛАР, обладающий высоким уровнем эффективности функционирования, обеспеченной полнотой выполнения основных свойств (требований). Кроме того, можно добиться высокой степени универсальности, позволяющей фиксировать возникновение АР на самой ранней стадии или в пределах первого цикла, а также применять устройство АЛАР как в качестве основного, так и в качестве резервного.
Основным свойством, характеризующим селективность, а значит качество и эффективность АЛАР, является диагностикоспособность. Её базовая составляющая предусматривает выявление всех видов АР по контролируемому сечению при различных изменениях схемы прилегающей сети. С другой стороны должно обеспечиваться несрабатывание автоматики по отношению к нормальным режимам, синхронным качаниям, трехфазным и несимметричным КЗ, а также к различным видам коммутаций. К числу коммутаций можно отнести не только переключения на контролируемых и смежных участках сети, но и резкие изменения во вторичных цепях (длительное или кратковременное исчезновение измерительного напряжения, обрывы цепей тока и напряжения). Базовая диагностикоспособность АЛАР не зависит от реализации алгоритма, а опреде ляется исключительно способом выявления АР, положенным в основу устройства.
Другой составляющей диагностикоспособности является диагностикоспо-собность взаимодействия, которая в отношении АЛАР заключается в способности устройства селективно выявлять АР по смежным сечениям, если оно выполняет функции резервирования. Чтобы учесть в алгоритме возможность применения различных видов УВ необходимо предусмотреть возможность разделения УВ в зависимости от знака скольжения (внутренняя диагностикоспособ-ность). Такая мера актуальна не только для осуществления мероприятий по PCX, но для реализации ДС в разных точках энергосистемы или в пределах одного объекта.
Для алгоритма выявления АР на первом цикле важно обеспечить его высокую степень универсальности. В частности в алгоритме должна быть предусмотрена возможность его настройки как на максимальную быстроту срабатывания, так и на повышенную селективность по отношению к СК и внешним АР. Первое актуально в тех случаях, когда АР не допустим по режимным условиям (например, при быстром переходе двухчастотного АР в многочастотный). Тогда необходимо выявлять АР в момент его начала по достижению эквивалентным углом значения 8кр согласно способу, описанному в подразд. 2.3. Во всех остальных случаях предпочтительным является выявление АР после прохождения углом электропередачи значения 180. Это связано с более высокой степенью устойчивости несрабатывания по отношению к синхронным качаниям, а также с повышенной точностью измерения места размещения ЭЦК при переходе 6=180.
Другой важной особенностью универсального алгоритма АЛАР является возможность выявления АР по смежным сечениям. Однако фиксация АР, ЭЦК которых располагается за пределами контролируемой зоны, имеет смысл только, если предусмотрена разделение УВ. Здесь применение различных УВ в зависимости от сечения АР можно рассматривать в двух аспектах. Во-первых, необходимо обеспечить разделение УВ по объектам управления, которое заключается например, в делении системы в разных точках энергосистемы при попадании ЭЦК в различные контролируемые области. Во-вторых, для согла сования разных устройств АЛАР на смежных участках сети необходимо, чтобы в алгоритме были предусмотрены различные задержки (по времени или числу циклов) срабатывания АЛАР в зависимости от сечения АР.
К числу важных свойств, которому не было уделено должного внимания при разработке известных устройств АЛАР, относится адекватность моментов реализации УВ. Как отмечалось в подразд. 2.5, для повышения эффективности за счёт этого свойства необходимо обеспечить формирование команд УВ в момент перехода угла электропередачи через область синфазности векторов эквивалентных ЭДС (8«0). Тогда за счет минимального уровня токов и максимального уровня напряжений существенно уменьшается динамический переход при коммутациях, что благоприятно отражается на работе выключателей, устройств защиты и автоматики, а также на уровнях перенапряжений.
С целью обеспечения универсальности алгоритма необходимо предусмотреть возможность его применения для разных схем распределительных устройств. В частности должна обеспечиваться возможность использования алгоритма для контроля присоединений, которые могут работать не только через линейный выключатель, но через обходную систему шин. Это означает, что в устройстве помимо тока цепи линейного выключателя необходимо контролировать ток цепи обходного выключателя. Кроме того, в случае возникновения АР после перевода линии на обходную систему шин сигнал ДС должен подаваться на отключение обходного, а не линейного выключателя.
Во время работы энергосистемы могут возникать очень медленные асинхронные провороты эквивалентных ЭДС с двух сторон электропередачи, заканчивающиеся самосинхронизацией без внешних воздействий. В таком случае нет необходимости формировать какие-либо управляющие воздействия (PCX или ДС). Следовательно, алгоритм АЛАР должен быть отстроен от циклов АР с очень большим периодом, что предусмотрено в представленных способах выявления момента возникновения и факта АР (см. подразд. 2.3 и 2.4).
Анализ результатов испытаний
Проверка базовой и внутренней диагностикоспособности осуществлялась при проведении первых семи комплексных испытаний (таблица 4.1). В ходе этих опытов ЭЦК располагался в районе 3 Ом «впереди» (во вторичных величинах) от точки измерения, что соответствует АР или СК по контролируемому сечению согласно уставкам (таблица 4.2). В этих испытаниях (во всех кроме 5-го) имитация АР и СК осуществлялась с помощью ГИС по математической модели, используя уравнение движения ротора. Поэтому в ходе рассматриваемых АР наблюдалось постепенное увеличение периода АР по мере его развития (отключение линии не имитировалось). При этом период начальных циклов не превышал 1,5 с.
Первый из числа приведенных в таблице 4.1 опытов представляет собой АР по контролируемому сечению «с ускорением» (скольжение положительное). Появление сигнала AR_0 (рисунок 4.1) является признаком срабатывания алгоритма, осуществляющего выявление момента возникновения АР с контролем знаков производных напряжения в ТМН по времени. Фиксация АР происходит до достижения максимума тока и минимума напряжения, что свидетельствует о выявлении аварийного режима до перехода угла электропередачи через значение 180. Второй опыт отличается от первого только знаком скольжения, т.е. здесь наблюдается АР «с торможением». Алгоритм АЛАР в ходе этих первых двух опытов корректно определяет знак скольжения, о чем можно судить по величине логического выхода SignIN, который принимает значения 0 или 1 в зависимости от знака s.
Глубокие синхронные качания имитировались с максимальной амплитудой изменения угла 5 (около 180). При этом начальный полупериод этих качаний был занижен до 1,2 с для того, чтобы исключить блокировку выявления АР по факту медленных колебаний и сосредоточиться на проверке основной логики алгоритма выявления АР. Опыты 3 и 4 различаются между собой знаком начального скольжения АР. В обоих испытаниях срабатываний алгоритма зафиксировано не было, что свидетельствует о высокой степени селективности разработанного способа выявления АР по отношению к синхронным качаниям.
Поскольку алгоритм выявления момента возникновения АР срабатывает раньше, чем алгоритм выявления факта развития АР, то для проверки последнего необходимо отключить логику фиксации начала АР, задав YA=0. С этой целью было проведено два опыта (5-й и 6-й) с различными знаками скольжения. В обоих случаях срабатывание АЛАР происходило на первом цикле после прохождения максимума тока и минимума напряжения, т.е. после перехода угла электропередачи через значение 180. По выходу SignlN знак скольжения фиксируется правильно.
Опыт 7 предназначен для тестирования алгоритма в ходе медленных про-воротов эквивалентных ЭДС, заканчивающихся самосинхронизацией. Здесь имитировался АР с периодами на разных циклах более 1,5 с (более Ткр). Срабатывания АЛАР ни до 8=180 ни после этого зафиксировано не было.
Следующая группа опытов посвящена проверке диагностикоспособности взаимодействия и адекватности моментов реализации управляющих воздействий. Совмещение тестирования двух различных свойств АЛАР продиктовано стремлением сократить число испытаний. Проверка ДСВ заключается в оценке правильности распознавания места размещения ЭЦК, по которому определяется сечение АР. С этой целью в 8-ом и 9-ом опытах имитировался АР по контролируемому сечению вблизи «верхней» и «нижней» границ основной зоны размещения ЭЦК соответственно. В обоих случаях алгоритм зафиксировал АР именно по контролируемому сечению. Кроме того, в 9-ом испытании была введена в работу логика повышения АМРУВ, поэтому команды на ДС были сформированы при переходе 5«0.
Далее в 10-ом и 11-ом опытах осуществлялась проверка работы алгоритма в ходе АР с положительным скольжением по смежным сечениям «впереди» и «позади» соответственно. При этом были сформированы адекватные сигналы УВ (DSF1 и DSR1), соответствующие определенной стороне размещения ЭЦК на смежных сечениях при s 0. Аналогичные испытания производилось в опытах 12 и 13 с той лишь разницей, что знак скольжения АР был отрицательный. Сигналы УВ (DSF2 и DSR2), сформированные в этих случаях, также полностью соответствуют тестовым режимам. Осциллограмма опыта 13 приведена на рисунке 4.2.
В ходе 14-го и 15-го опытов производилась оценка действия алгоритма при очень удаленных АР, во время которых ЭЦК размещается за пределами основной и смежных зон, заданных уставками. Как при удаленном АР «впереди», так и при удаленном АР «позади» срабатывания АЛАР не зафиксировано.
Завершающая группа опытов целиком связана с проверкой одного из важнейших свойств любого вида ПА - параметрической устойчивости. Применительно к АЛАР оценка ПУС заключается в проверке устойчивости функционирования алгоритма при отклонении расчетных параметров от реальных, которые наблюдаются в ходе тестовых режимов. В первую очередь к таким параметрам относится угол фэ эквивалентного сопротивления электропередачи. Отклонения фэ в имитируемых режимах АР и СК от заданного значения достигала 20, что соответствует максимуму возможному в реальных ситуациях. В опытах 16 и 17 производилась проверка работы алгоритма во время АР с отклонением фэ в большую и меньшую сторону относительно значения уставки соответственно. В обоих случаях АР был выявлен правильно. Имитация СК при аналогичных условиях изменения фэ осуществлялась в опытах 18 и 19. Ложного срабатывания АЛАР при этом зафиксировано не было.
Помимо проведенных испытаний проверка ПУС включает в себя оценку работы алгоритма АЛАР во время различных видов КЗ и обрывов (коммутаций) цепей напряжения. Этим испытаниям посвящены опыты 20-24. Ни в одном из указанных тестовых режимов срабатывание АЛАР не зафиксировано благодаря дополнительным блокировкам, включенным в состав алгоритма.
Еще одной важной проверкой ПУС является имитация АР, в ходе которого ЭЦК размещается в непосредственной близости от места подключения устройства АЛАР. Тогда при 8=180 напряжение будет снижаться до нуля, что исключает возможность достоверного измерения фазового угла ф между векторами тока и напряжения. В опытах 25 и 26 АР с разными знаками скольжения были выявлены уже после прохождения 5=180 (логика выявления момента возникновения АР была отключена). Т.о., сбоя выявления факта возникновения АР не произошло, несмотря на снижение напряжения до нуля.
Последний опыт является дополнительным и предназначен исключительно для оценки правильности работы логики алгоритма, если контролируемое присоединение работает через обходную систему шин. Во время 27-го опыта испытательные токи подавались на входы, соответствующие входам для токовых цепей обходного выключателя. Факт перевода на ОВ фиксировался с помощью специального ключа управления. При выявлении АР сигнал ДС подавался на отключение ОВ (выход DSO), а не линейного выключателя (выход DSL), как в предыдущих опытах.
