ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
I. ВВЕДЕНИЕ
В современных системах сбора и передачи информации широкое распространение получили цифровые технологии на основе синхронизированных векторных измерений [1].
Современные устройства синхронизированных вектор- ных измерений (далее – УСВИ) должны обеспечивать быстрые и точные синхронные измерения, обладать высокой степенью достоверности контроля параметров режима ЭС в условиях интенсивных электромагнитных и электроме- ханических переходных процессов [2, 3]. Одним из спосо- бов уменьшения интенсивности переходных процессов является определение оптимального момента повторного включения участка сети, на котором возникло короткое замыкание.
На сегодняшний день используется классический спо- соб определения времени включения АПВ, основанный на расчете формул с заданными параметрами времени.
При использовании данного способа достижение оптималь- ного момента времени включения невозможно, поскольку не учитываются переходные процессы, возникающие в сети при возмущениях различного рода. В статье приведены результаты исследования основных характеристик коле- баний частоты и амплитуды напряжений при различных режимах работы сети и возможности их использования для определения момента включения АПВ, минимизиру- ющего колебательность переходных процессов.
II. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РЕЖИМОВ
РАБОТЫ СЕТИ
В программном комплексе MatLab Simulink были прове- дены исследования метода определения режимов нагрузки и характера коротких замыканий, приводящих к возник- новению максимальных возмущений в сети. Комплекс MatLab Simulink позволяет устанавливать характерные короткие замыкания в любых точках рассматриваемой схемы.
В качестве одного из возмущений используется ими- тация однофазного короткого замыкания, установленная на участке линии L1_1. Другой тип возмущения – имита- ция трехфазного короткого замыкания.
Возмущения любого вида вызывают колебания частоты и амплитуды напряжения во всех точках системы. В схеме сети были реализованы различные виды короткого замы- кания. Места установки модели трехфазного короткого замыкания обозначено цифрой «1» на рис. 1.
При помощи расчёта времени АПВ классическим методом был определен момент времени 12,5 с и сняты осциллограммы колебаний частоты и амплитуды напря- жения:
c.АПВ св з.пр о.в.пр д.с зап з.св о.в.св в.в.св
t t t t t t t t ,
где tc.АПВ св 12, 5 с – время срабатывания «своего» вы- ключателя в месте установки АПВ; tз.пр – время срабаты- вания защит с противоположной стороны (резервные защиты – от 0,4 до 3,0 c); tо.в.пр 0, 02 0, 07 с – время отключения выключателя с противоположной стороны;
д.с 0,1 0, 4 с
t – время деонизации среды в месте КЗ после его отключения; tзап0,5 0, 7 с – время запаса;
tз.св – время срабатывания защит своей стороны (основ- ные защиты – от 0,020 до 0,100 с); tо.в.св0, 02 0, 07 с – время отключения выключателя своей стороны;
в.в.св 0, 06 0,8 с
t – время включения выключателя своей стороны.
Исследование влияния момента времени включения участка сети проводилось вблизи расчетной точки времени АПВ. В результате было найдено значение времени с наименьшим отклонением колебания частоты и ампли- туды напряжения, равное 12,1 с (рис. 2).
Режимным параметром при исследовании влияния момента включения АПВ переходного процесса является частота на шинах f t( ). При рассмотрении переходного процесса при отключении линии, был сформирован график зависимости отклонения режимного параметра от времени (рис. 2, б).
Переходной процесс, возникающий в ходе отключения линии, условно определяется двумя участками – области 1 и 2 на рис. 3, а. Оптимальным моментом включения АПВ является участок графика, находящийся на границе предопределенных областей.
На рис. 3, б приведен график, отображающий характер поведения переходного процесса при включении линии в экспериментально определенный момент времени.
Р ис. 1 – Схема тестовой сети с указанием точки моделирования КЗ
Для подтверждения универсальности способа был рас- смотрен еще один вид возмущения – двухфазное короткое замыкание, моделируемое в диапазоне времени от 10 до 10,4 с. На рис. 4 приведены графики режимных пара- метров при данном виде КЗ в моменты времени 11,8, 12,1 и 12,4 с, предопределенные результатом предыдущего исследования.
В ходе проведения опытов по выявлению наименее интенсивного переходного процесса выделены дополни- тельно две точки, наглядно показывающие разницу в воз- мущениях при различных моментах включения линии после отключения КЗ.
III. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
СИНХРОННОГО ВЕКТОРНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ФУНКЦИИ АПВ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ RTDS Выявленный в предыдущей главе метод определения наиболее оптимального момента включения линии был протестирован в программно-аппаратном комплексе реаль- ного времени RTDS (Real-time digital simulator). Комплекс позволяет устанавливать модельные возмущения в любых заданных точках тестовой схемы и синхронизировать их по сигналам реального времени.
Исследование влияния момента включения на режимные параметры частоты сети и напряжения было проведено в смоделированной схеме, частично представленной на рис. 5.
Рис. 4 – Влияние момента включения АПВ на интенсивность результирующего переходного процесса в разные моменты времени
Рис. 5 – Схема станции, реализованная в программно-аппаратном комплексе RTDS
Переходный процесс при включении линии Переходный процесс при отключении линии
а б
Рис. 2 – Колебания частоты и амплитуды напряжения в моменты времени: а – 12,5 с; б – 12,1 с Переходный процесс при отключении линии (режимный параметр – частота на шинах f (t))
а б
Рис. 3 – Иллюстрация выбора момента включения при отключении (а) и включении (б) линии в экспериментально определенный момент времени Режимный параметр – частота на шинах f (t)
Режимный параметр – напряжение U (t)
1 2
1 2
11,8 12,1 12,4 Режимный параметр – частота на шинах f (t) Режимный параметр – частота на шинах f (t)
Режимный параметр – напряжение U (t)
В результате исследования были выделены три момента времени автоматического повторного включения линии.
На графиках, приведенных на рис. 6, отражен преждевре- менный момент включения, момент включения линии с опозданием и правильный момент включения.
На рис. 7 проиллюстрирован выбор момента АПВ при включении и отключении линии.
Для применения в энергосистемах Российской Федерации, согласно требованиям Системного оператора, предусмот- рены дополнительные испытания на основе осциллограмм реальных аварий в энергосистемах и анормальных режимов или испытания на электродинамической модели ОАО «НТЦ ЕЭС» [4].
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выявленная закономерность позволяет получить инфор- мацию о том, что оптимальный момент включения линии определяется переходом режимного параметра – частоты на шинах – через нулевое значение отклонения данного параметра от 50 Гц.
Исследование возможности использования синхрони- зированного векторного измерителя для реализации функции АПВ позволяет спрогнозировать развитие переходных процессов, возникающих при коммутациях в линии.
Список литературы
[1] Xiao J., Han J., Wu J. Dynamic Tracking of Low-frequency Oscillations with Improved Prony Method in Wide-Area Measurement System //
IEEE Power Meeting. Denver, 2004.
[2] Мокеев А.В. Устройства синхронизированных векторных измерений с поддержкой стандартов IEEE C37.118 и IEC 61850 // Современные напрявления развития систем релейной защиты и автоматики энерго- систем. Екатеринбург, 2013.
[3] Мокеев А.В. Особенности разработки, испытаний и внедрения устройств синхронизированных векторных измерений. Коми, 2013.
[4] Программа динамических испытаний цифровых регистраторов системы мониторинга в тестовой схеме физической модели энергосистемы / Жуков А.В. [и др.] // Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем – 2011: сб. матер. Межд. науч.-техн. конф. СПб, 2011.
© IX Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодежи – 2018»
Рис. 6 – Влияние момента включения АПВ на интенсивность результирующего переходного процесса (режимный параметр – частота на шинах f (t))
Рис. 7 – Иллюстрация выбора момента включения при отключении и включении линии (режимный параметр – f (t))