Введение к работе
Актуальность работы: Внедрение развивающейся микропроцессорной техники в автоматические устройства как на новых, так и на реконструируемых электрических станциях и подстанциях, в особенности в измерительные преобразователи (ИП) режимных параметров в сигналы информации автоматических устройств противоаварийного управления и релейной защиты (ПУ и РЗ)- противоаварийной автоматики (ПА), является основной тенденцией при повышении показателей технического совершенства и прежде всего быстродействия разрабатываемых цифровых их систем.
Применение интегрированной цифровой измерительной системы для каждой из групп, различаемых по быстродействию, ИП режимных параметров является целесообразным и по технико-экономическим показателям.
Применение цифровых измерительных систем в устройствах ПУ и РЗ строящихся в связи с созданием единой электроэнергетической системы (ЕЭС) СРВ. линий электропередачи напряжением 500кВ просто необходимо.
Для обеспечения устойчивости параллельно работающих энергосистем в ЕЭС сверхбыстродействующие ИП режимных параметров должны выдавать выходные сигналы о режимных параметрах не позже, чем через 20 мс после возникновения возмущающего воздействия, т.е. в течение длительности одного периода промышленной частоты. Устройства противоаварийного управления и релейной защиты используют в качестве информационной принужденную составляющую промышленной частоты входного информационного процесса, получаемого от первичных измерительных преобразователей- трансформаторов напряжения и тока как источников информации. При переходных процессах в электроэнергетических системах обеспечение качества обработки входных информационных процессов является решающим фактором эффективности действия устройств ПЛ. требует оптимального сочетания по возможности простых (по смыслу вычислений и алгоритмитической временной задержки) цифровых способов обработки входных информационных процессов- восстановления указанной информационной составляющей и измерительного преобразования, и возможно не дорогостоящей быстродействующей аппаратной реализации.
Разработка способов с алгоритмитической возможностью приемлемого по точности установления входного сигнала со временем, меньшим 20мс, является центральной и самой важной задачей построения измерительных систем устройств ПУ и РЗ.
Существуют сложные адаптивные способы выделения (восстановления) сигнала из входного информационного процесса, обычно применяемые в радиоэлектронике и позволяющие обеспечить необходимую точность восстановления, но они неприемлемы для сверхбыстродействующих цифровых интегрированных систем ИП режимных параметров устройств ПА электроэнергетических систем при их реализации в реальном времени.
Цель работы: Разработка принципа построения цифровой измерительной части устройств противоаварийного управления и релейной защиты, а именно измерительных преобразователей режимных параметров в сигналы информации о состояниях электроэнергетических систем, особенно сверхбыстродействующих ИП со временем преобразования меньше 20мс.
В работе решаются следующие вопросы:
-
Обобщение требований к измерительным преобразователям режимных параметров автоматических устройств ПУ и РЗ.
-
Рассмотрение основных известных принципов и способов' восстановления входного сигнала- принужденной составляющей промышленной частоты
напряжения и тока переходного процесса в электроэнергетической системе, и собственного измерительного преобразования режимных параметров в сигналы информации автоматических устройств ПА с целью выбора приемлемых для цифровых систем измерительного преобразования принципов при соблюдении необходимых требований.
-
Обоснование модели входного информационного процесса для дальнейшей его обработки и использования в устройствах ПУ и РЗ.
-
Разработка общей адаптивной системы оценивания информационных параметров составляющей промышленной частоты с исследованием ее частей.
-
Выявление свойств составляющей промышленной частоты- сигнала и свойств апериодической и колебательных составляющих- помех, на основе которых возможна разработка способов восстановления вектора составляющей промышленной частоты.
-
Разработка основных видов цифровых адаптивных частотных фильтров составляющей промышленной частоты с временем установления сигнала до 20мс.
-
Разработка и исследование измерительного преобразователя реального значения промышленной частоты.
-
Разработка и исследования фильтра-компенсатора фазного тока с использованием напряжения в качества компенсирующей величины.
-
Исследование основных адаптивных фильтров тока и напряжения разработанной адаптивной системы оценивания вектора составляющей промышленной частоты.
Методы исследования: При решении поставленных задач были
использованы положения теории релейной защиты и автоматики ЭЭС, теории
оптимальных и адаптивных систем, математические свойства синусоидальной,
колебательной и апериодической составляющих входного информационного
процесса, методы вычислительной математики и обработки
экспериментальных данных, программы расчетов электрических величин энергосистем при переходных процессах в электроэнергетических системах, реальные данные токов и напряжений при коротких замыканиях на линиях напряжением 750кВ, математическое моделирование на цифровых ЭВМ.
Научная новизна: 1. Проведен анализ цифровых и аналоговых, потенциально перспективны;; для цифровой реализации, методов восстановления вектора составляющей промышленной частоты и его измерительного преобразования в сигналы информации устройств ПА о режимных параметрах электроэнергетических систем.
-
Сформулированы основные требования к измерительным преобразователям режимных параметров в сигналы информации автоматических устройств ПУ и РЗ.
-
Предложена в соответствии со спецификой электроэнергетической системы упрощенная модель входного информационного процесса для измерительной части автоматических устройств.
-
Разработана общая модель адаптивной системы оценивания вектора составляющей промышленной частоты.
5. Предложено использование математических свойств составляющей промышленной частоты, апериодической и колебательной составляющих, при рекуррентном решении по методу наименьших квадратов средствами реализации разработанной системы оценивания информационных параметров составляющей промышленной частоты.
-
Разработаны относительно простые с точки зрения реализации в реальном времени фильтры составляющей промышленной частоты, обеспечивающие приемлемую точность в условиях переходных процессах в линиях сверхвысокого напряжения с временем наблюдения от Юме до 20мс.
-
Разработаны принцип действия быстродействующего измерительного преобразования реального значения промышленной частоты и методы его реализации.
-
Предложен и исследован способ восстановления вектора составляющей промышленной частоты тока с использованием компенсирующего процесса взятого из напряжения.
Практическая ценность: Разработанная цифровая адаптивная система оценивания составляющей промышленной частоты и способы ее реализации на интервала наблюдения меньше 20мс позволяет существенно уменьшить вычислительные или аппаратные затраты и осуществить ее в режиме реального времени. Фильтры, построенные по этой системе, могут использоваться для выделения колебательных составляющих не только в связи с измерительным преобразованием режимных параметров.
Быстродействующий (время наблюдения от Юме до ЗОмс) цифровой измерительный преобразователь реального значения промышленной частоты целесообразен для практического использования, особенно в цифровых автоматических регуляторах возбуждения сильного действия (АРВ СД).
Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры "Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем" Московского энергетического института (технического университета).
Защищаются следующие научные положения:
-
Сформулированные основные требования к измерительным преобразователям режимных параметров электроэнергетических систем в сигналы информации автоматических устройств ПУ и РЗ.
-
Предложенная в соответствии со спецификой электроэнергетической системы упрощенная модель входного информационного процесса для измерительной части устройств ПА.
-
Модель адаптивной системы оценивания вектора составляющей промышленной частоты: методика оценивания ее информационных параметров; выбор минимально сложных моделей наблюдения, способы его задания и. определения; методика определения параметров модели для адаптивных алгоритмов оценивания; способ контроля сходимости оценок информационных параметров.
-
Алгоритмы адаптивного оценивания параметров вектора составляющей промышленной частоты тока (напряжения) с малым (до 20мс) временем наблюдения при переходных процессах.
-
Алгоритмы определения реального значения промышленной частоты.
Публикация: По теме диссертации опубликовано 2 печатных работы.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 62 наименований и 2 приложений. Общий объем работы 150с. включает: 140с. машинописного текста, 31 рис. и 3 табл.
