д.т.н. Александр Леонидович Куликов аспирант Александр Николаевич Клюкин

1. Электрические сети России – ЛЭП 2010 Применение статистического подхода для повышения эффективности токовых защит дальнего резервирования д.т.н. Александр Леонидович Куликов аспирантАлександр Николаевич Клюкин Москва 01. 12. 2010

2. Классификация РЗпо выполняемым функциям Резервные защиты Вспомогательные защиты Основные защиты Ближнее резервирование Дальнее резервирование Современное состояние техники токовых защит дальнего резервирования Рисунок 1 – Классификация РЗ по исполняемым функциям • Детерминированный способ расчетатока срабатывания и проверка чувствительности РЗ (1) (3) (2) (4)

3. Современное состояние техники токовых защит дальнего резервирования Эффективность функционирования РЗ* Быстродействие Селективность Чувствительность Надежность * Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1976. - 560 с. Рисунок 2 –Повышаемые показатели по критериям оценки эффективности функционирования РЗ

4. Современное состояние техники токовых защит дальнего резервирования G1 Q2 Q3 Q1 РЗ 3 РЗ 1 РЗ 2 W3 W2 W1 Резервная зона РЗ 1 Резервная зона РЗ 1 Основная зона РЗ 1 Рисунок 3 - Принципиальная схема резервирования Таблица 1 – Рекомендуемые значения коэффициентов Основная зона Резервная зона 1,5 1,2 Рисунок 4 – Нормативное наименьшие значения коэффициентов чувствительности

5. Современное состояние техники токовых защит дальнего резервирования • Дальнее резервирование является неотъемлемой частью системы РЗ и обладает большей полнотой резервирования в сравнении с ближним резервированием. • Существующие технические решения, направленные на увеличение чувствительности и использующие дополнительные информационные признаки, отчасти решают задачу увеличения эффективности функционирования РЗ. • Использование детерминированного подхода при расчете тока срабатывания РЗ может привести к необоснованному загрублению чувствительности. • В нормативной документации отсутствует дифференцированный подход к построению системы РЗ в зависимости от категории потребителей электроэнергии и удаленности защищаемого объекта. • Актуальной задачей является распознавание минимальных аварийных режимов на фоне максимальных нагрузочных в области их близких значений и принятии решения о действии РЗ

6. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Участок сети 110 кВ ПС Быструха – ПС Котельнич Нижегородской энергосистемы Рисунок 5 – Участок сети 110кВ Нижегородской энергосистемы

7. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Изменяемые параметры схемы замещения элементов ЭЭС • Удельное сопротивление грунта • Удельное активноесопротивление проводов ВЛ • Частота тока • Напряжение на шинах центра питания • Индуктивность и емкость ВЛ • Нагрузка потребителей -7-

8. Законы изменения параметров элементов сети Рисунок 6–Изменение удельного активного сопротивления проводов ВЛ -8-

9. Законы изменения параметров элементов сети Рисунок 7– Сезонное изменение удельного сопротивления грунта -9-

10. Законы изменения параметров элементов сети Рисунок8– Относительное изменение удельного сопротивлениягрунта от содержания в нем влаги -10-

11. Законы изменения параметров элементов сети Рисунок 9– Изменение частоты тока в Нижегородской энергосистеме -11-

12. Законы изменения параметров элементов сети Рисунок 10– Изменение напряжения на шинах питающей подстанции 110 кВ -12-

13. Законы изменения параметров элементов сети Рисунок 11– Изменение индуктивности ВЛ

14. Законы изменения параметров элементов сети Рисунок 12– Изменение емкости ВЛ -14-

15. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Имитационное моделирование • Применение имитационного моделирования: • 1. Мощный инструмент анализа сложных процессов и систем • 2. Отсутствие возможности экспериментировать на реальном объекте. • 3. Наличие в системе времени, причинных связей, нелинейности, стохастических (случайных) переменных. Имитационная модель Множество испытаний Одно испытание Статистическое имитационное моделирование Рисунок 13– Способы имитационного моделирования -15-

16. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Модель участка сети 110 кВ Нижегородской энергосистеме в Matrix Laboratory Рисунок 14– Модель участка сети Нижегородской энергосистемы в Simulink\Matrix Laboratory

17. Начало Начало Создание схемы Simulink\SimPowerSystem Создание схемы Simulink\SimPowerSystem Z = 1; k = 1; l = 1 Z = 1; k = 1; l = 1 parameters.mat parameters.mat Анализ топологии схемы Анализ топологии схемы max2 Получение параметров блока Получение параметров блока save (Ijz) Вычисление модели пространства состояний max1 Вычисление модели пространства состояний Z = Z+1 max2 Определение начальных значений переменных Определение начальных значений переменных Z > V no save (Ijz) Расчет установившегося режима yes Расчет установившегося режима Z = Z+1 Конец Дискретизация модели Дискретизация модели no Z > V Построение Simulink-модели Построение Simulink-модели yes k = k+1 Расчетz Расчетz k > n no workspace workspace yes l = l+1 abs(Ij) abs(Ij) no l > m max1 yes Конец Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Алгоритм расчета режимовв Matrix Laboratory -17- Рисунок 16– Блок – схема расчета аварийных режимов Рисунок 15– Блок – схема расчета рабочих режимов

18. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Рассматриваемые режимы ЭЭС Режимы ЭЭС Аварийные Рабочие Минимальные Максимальные Минимальные Максимальные Рисунок 17– Имитируемые режимы ЭЭС -18-

19. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Результаты моделирования в Matrix Laboratory на примере ВЛ 176 Рисунок 18– Распределение и аппроксимация рабочего тока ВЛ 176 Рисунок 19– Распределение и аппроксимация минимального аварийного тока ВЛ 176 Рисунок 20– Распределение рабочих и аварийных токов ВЛ 176

20. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Результаты моделирования в Matrix Laboratory на примере ВЛ 176 Рисунок 21– Общая область значений в распределениях рабочих и аварийных токов ВЛ 176

21. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Критерий построения РЗ • Минимизация математического ожидания потери эффективности релейной защиты (5) • Пороговое значение сравниваемой величины (6) • Критерий сравнения (7) -21-

22. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Результаты моделирования в Matrix Laboratory на примере ВЛ 176 Iср Pотк Pизл Рисунок 22– Выбор порога срабатывания РЗ

23. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Способы расчета величины срабатывания РЗ • 1 вариант (8) • 2 вариант (9)

24. Разработка методов дальнего резервирования на основе статистической информации Эффективность разработанных технических решений Iср=2179A Ĩср=352.1A Рисунок 23– Сравнение способов расчета порогового значения Таблица 2 – Расширение зоны действия РЗ (10) (11) (13) (12)

25. ПС 2 ПС 3 ПС 1 G TA 2 TA 3 TA 1 QF 2 QF 1 ~ Н2 QF 3 Н1 МП терминал РЗ–1 Аналого-цифровое преобразование Согласующий трансформатор Делительный резистор НЧ-фильтр Усилитель Мультиплексор MUX АЦП Ia A/D Ib Ic Алгоритм вычисления Исполнительный орган Логический орган Цифровая обработка сигнала [σ2к.з. - σ2раб] Цифровой фильтр Цифровоедетектирование X Квадратор | I | СС ∑ X Дискретный сигнал Выходные реле [2·(M(Iк.з.)·σ2раб + M(Iраб)·σ2к.з.)] Memory [I2ср(σ2к.з. - σ2раб) + 2 Iср(M(Iк.з.)·σ2раб + M(Iраб)·σ2к.з.)] Технические решения и эффективность применения статистической информации Техническая реализация статистического алгоритма Информация М(I), σ по результатам моделирования Рисунок 24– Структурная схема релейной защиты -25-

26. Выводы • Использование статистической информации в сочетании со стохастическими алгоритмами принятия решения обеспечивают высокую чувствительность токовых защит дальнего резервирования в условиях изменяющихся параметрах сети и динамических режимах. • Разработанный алгоритм цифровой релейной защиты может быть внедрен в существующие терминалы микропроцессорных защит и не требует их конструктивных изменений и дополнительных финансовых затрат. • Предложенный принцип использования статистической информации может быть распространен на другие виды защит с целью повышения их эффективности.

27. Спасибо за внимание! ОАО «ФСК ЕЭС» - Нижегородское ПМЭС 603950 г. Нижний Новгород, ул. Шлиссельбургская, 29 (831) 257-85-59 info@npmes.elektra.ru НГТУ им. Р. Е. Алексеева 603015 г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24 8-908-230-48-60 a.n.klyukin@yandex.ru