автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Адаптация параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки систем промышленного электроснабжения

На правах рукописи

РУПЧЕВ Илья Олегович

АДАПТАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ ОТ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ УЗЛОВ НАГРУЗКИ СИСТЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2004 год

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Ершов Михаил Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лопатин Алексей Сергеевич

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий (ООО «ВНИИГАЗ»)

на заседании диссертационного совета Д212.200.14 при Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина. Ленинский проспект, 65, Москва, ГСП-1,119991, Россия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина.

кандидат технических наук, доцент Цырук Сергей Александрович

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

А.В. Егоров

Актуальность темы. Промышленные комплексы с непрерывными технологическими процессами по надежности электроснабжения относятся к первой категории, поэтому для таких предприятий предусмотрено наличие нескольких взаимно резервируемых источников питания. Одновременные длительные отключения источников питания маловероятны. Практика эксплуатации подтверждает, что недостаточная надежность электроснабжения крупных многомашинных промышленных комплексов с непрерывными технологическими процессами обусловлена не столько длительными, сколько кратковременными нарушениями электроснабжения, проявляющимися в узлах нагрузки в виде глубоких провалов напряжения длительностью доли секунды. Такие провалы напряжения, обусловленные короткими замыканиями в протяженных внутренних и особенно внешних электрических сетях предприятия, могут приводить к потере устойчивости узлов с электродвигательной нагрузкой, сопровождаются массовыми отключениями электрооборудования. Особенно остро проблема устойчивости узлов нагрузки стоит для систем электроснабжения крупных нефтегазовых комплексов (нефте- газоперерабатывающие заводы, электроприводные компрессорные станции магистральных газопроводов), которые характеризуются большой установленной мощностью электроприводов и непрерывными технологическими процессами, что обусловливает их чувствительность к кратковременным нарушениям электроснабжения. Массовые отключения электрооборудования нефтегазовых комплексов приводят к большим экономическим потерям.

При критических, приводящих к потере устойчивости, провалах напряжения предусматривается отключение узлов электрической нагрузки с последующим повторным групповым пуском электроприводов. Существующие методики и программное обеспечение расчета переходных процессов в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой позволяют определить параметры устойчивости, которые могут быть использованы для выбора параметров релейных защит от потери питания узлов нагрузки.

Вместе с тем, расчетные параметры устойчивости узлов нагрузки определяются исходя из принятых исходных условий. Как правило, расчеты выполняются для базового варианта, ориентированного на «худший случай», когда к узлу подключена максимально возможная нагрузка, а режим источника питания является минимальным. В процессе работы состав нагрузки и режим источника меняются. Определение параметров устойчивости и выбор параметров защит в расчете на «худший случай» приводит к неполному использованию запаса устойчивости узла и к необоснованным массовым отключениям электрооборудования. По предварительным оценкам доля необоснованных отключений узлов нагрузки может достигать 30 - 40%. Для того, чтобы повысить использование запаса устойчивости требуется адаптация параметров релейных защит к реальному режиму электротехнической системы (ЭТС), отслеживаемому в процессе ее работы.

Современные цифровые релейные защиты позволяют программно изменять их параметры в процессе эксплуатации, что обеспечивает техническую возможность адаптации параметров ЭТС. Для

БИБЛИОТЕКА СПетерв; ОЭ 100

КЛ

теоретического решения задачи перспективными является методы искусственного интеллекта, позволяющие оценивать состояние сложных объектов с нелинейными характеристиками в условиях ограниченности контролируемой информации и времени на выработку решений. Таким образом, сегодняшний уровень развития техники и математических методов дают практическую и теоретическую возможности для решения указанной задачи.

Разработка методов и средств адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости к изменению режимов работы электротехнических систем промышленных комплексов с непрерывными технологическими процессами представляется достаточно актуальной научной и практической задачей для ряда отраслей промышленности, в первую очередь газовой и нефтяной. Актуальность проблематики диссертации подтверждается получением фанта для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов вузов Минобразования России (А02-3.14-197).

Цель и задачи. Целью диссертационных исследований является разработка способа и средств адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов промышленной электрической нагрузки для более полного использования запаса устойчивости электротехнических систем и повышения надежности их работы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать способ адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электроприемников.

2. Разработать математическую модель адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания.

3. Разработать математическую модель адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению состава электроприемников.

4. Разработать алгоритмы и программы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания и состава электроприемников.

5. Выполнить оценку эффективности адаптации параметров релейных защит oт потери устойчивости узлов электрической нагрузки при провалах напряжения в системах промышленного электроснабжения.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования явились электротехнические системы промышленных комплексов газовой отрасли, релейные защиты от потери устойчивости узлов электрической нагрузки. Исследования выполнены с использованием теории устойчивости и методов математического моделирования режимов и процессов электротехнических систем, методов искусственного интеллекта, положений теории вероятностей и математической статистики. Для подтверждения основных теоретических выводов использовались экспериментальные исследования.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Способ адаптации параметров релейных зашит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электроприемников ЭТС.

2. Математические модели и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания и состава электроприемников в процессе работы ЭТС.

3. Программные средства адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электроприемников в процессе работы ЭТС.

4. Методика и результаты оценки эффективности адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки при провалах напряжения в системах промышленного электроснабжения.

Научная новизна результатов исследований.

1. Предложен способ адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки к изменению режима источника питания и состава электроприемников, заключающийся в определении параметров устойчивости электротехнических систем по электрическим параметрам узла, измеряемым в процессе эксплуатации, и использовании установленных параметров устойчивости для автоматической настройки параметров (уставок) микропроцессорных релейных защит.

2. На базе метода нечеткой логики разработана математическая.модель и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания. Результаты исследования модели показали возможность ее использования для идентификации минимального и максимального режимов источников.

3. На базе метода искусственных нейронных сетей разработаны математические модели и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и. состава электроприемников. Результаты исследования моделей показали возможность ее использования для идентификации минимального, максимального и нормального режимов источника и состава нагрузки.

4. Разработана методика оценки эффективности предложенного способа адаптации параметров релейных защит, учитывающая статистические закономерности параметров провалов напряжения, модели адаптации, виды характеристик и параметры срабатывания защит.

5. Установлено, что наиболее эффективной из исследованных является адаптация на базе моделей искусственных нейронных сетей с использованием микропроцессорных релейных защит с зависимыми характеристиками, позволяющая снизить долю необоснованных отключений узлов нагрузки как при -симметричных, так и несимметричных возмущениях с 30 % до 3 %.

Обоснованность н достоверность результатов обеспечивается применением апробированных методов и средств, исследования устойчивости промышленных электротехнических систем, корректностью выбора и применения математического аппарата, а так же достаточным информационным обеспечением математических моделей адаптации параметров релейных защит и подтверждается выполненными в лабораторных условиях экспериментами.

Практическое значение работы заключается в разработке средств адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки, обеспечивающих более полное использование запаса устойчивости электротехнических систем многомашинных промышленных комплексов и повышение надежности их работы, это имеет особенно большое значение для предприятий нефтегазовых отраслей промышленности с непрерывными технологическими процессами. Математические модели и алгоритмы адаптации параметров релейных защит реализованы в виде программных средств, встраиваемых в существующие автоматизированные системы управления электроснабжением. Разработанные программы апробированы в автоматизированной системе управления на базе промышленных блоков цифровых защит SEPAM 2000. Установленные закономерности доведены до инженерных рекомендаций по использованию расчетных параметров устойчивости для выбора параметров защит, включенных в отраслевой документ «Методика определения границ устойчивости, показателей надежности электроснабжения и выбора параметров защит узлов электрической нагрузки систем электроснабжения газовых комплексов».- ОАО «Газпром», 2002 г. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина в курсе «Электротехнические установки и комплексы нефтегазовой промышленности» при подготовке магистров по направлению — «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».

Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на 4-й и 5-й Всероссийской научно-технической конференции «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, 2001 и 2003 гг.), на Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2003 г.), на 4-й электронной заочной конференции "Молодежь, студенчество, наука XXI века" (г. Ижевск, 2004 г.), на научных семинарах кафедры теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина в 2000 - 2003 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы составляет 149 печатных страниц, в том числе 132 страниц основного текста и 17 страниц приложений, работа включает 34 рисунка, 37 таблиц и библиографию из 60 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе рассмотрены вопросы определения параметров границ устойчивости ЭТС промышленных комплексов при провалах напряжения в узлах нагрузки систем электроснабжения и использования расчетных границ для выбора параметров релейных защит от потери устойчивости, в качестве которых используются различные виды защит минимального напряжения. Число глубоких (ниже 0,8 отн. ед.) провалов напряжения в узлах электрической нагрузки предприятий может достигать нескольких десятков за год. Граница устойчивости определяется в координатах времени и напряжения, разделяют область возможных возмущений на зоны устойчивого и неустойчивого состояний ЭТС и представляет собой зависимость допустимой длительности провала напряжения t от значения остаточного напряжения и:

где ису — граница статической устойчивости, t0 - время динамической устойчивости при провале напряжения до нуля; и — значение остаточного напряжения

(U < WCy).

Параметры ису и to однозначно определяют границу устойчивости узла электрической нагрузки при симметричных возмущениях. При несимметричных провалах напряжения вводится дополнительная координата — составляющая напряжения обратной последовательности и граница может быть представлена четырехпараметрической зависимостью. Параметры границ устойчивости определяются на основании расчетов электромеханических переходных процессов в электротехнических системах. Знание параметров устойчивости позволяет более обосновано выбирать параметры релейных'защит - избежать неотключений узла при критических провалах напряжения.

Расчет границ устойчивости и выбор параметров устройств релейной защиты и автоматики выполняются исходя из определенного режима источника питания и режима нагрузки (состава электроприемников). Руководящими документами рекомендуется исходить из «худшего» состояния ЭТС — минимального режима источника и максимального состава нагрузки, хотя такое состояние системы является исключительным. В действительности состояние системы в процессе эксплуатации меняется как за счет изменения режима источника, так и из-за частых коммутаций электроприемников. Реальная граница устойчивости узла расположена всегда выше расчетной, если этот факт не учитывать при определении параметров релейных защит, то возникают необоснованные отключения узла, когда его устойчивость еще сохраняется. Соответствующая область необоснованных отключений ограничивается сверху границей устойчивости, а снизу характеристикой защиты. Данный вывод подтверждается многочисленными расчетными экспериментами и иллюстрируется таблицей 1, в которой приведены значения параметров устойчивости при трех режимах работы питающей энергосистемы и характерных режимах нагрузки узла Т1 ЛГПЗ-2.

Таблица 1

Параметры устойчивости при различных режимах узлаТ! АГПЗ-2

Режимы. нагрузки - Значения параметров устойчивости при различных режимах источника

максимальный • нормальный минимальный

«СУ к и„ 'о «СУ 'о

1 0,765 0,23 0,82 0,13 0,88 0,08

2 0,690 0,38 0,76 0,2 0,82 0,13

3 0,731 0,3 0,78 0,2 0,82 0,13

4 0,746 0,25 0,8 0,17 0,85 0,11

5 0,727 0,32 0,77 0,21 0,81 0,15

6 0,705 0,41 0,71 0,26 0,76 0,19

7 0,655 0,48 0,72 0,28 0,77 0,19

8 0,727 0,34 0,76 0,23 0,79 0,16

9 0,752 0,26 0,80 0,16 0,86 0,12

10 0,651 0,6 0,73 0,33 0,77 0,19

Примечание. Режимы нагрузки отличаются составом включенных электроприемников, режимы источника отличаются значением эквивалентного сопротивления.

Схема ЭТС узла нагрузки Т1 АГПЗ-2 приведена на рис.1.

На основании исследований по первой главе сделан вывод, что применение релейных защит минимального напряжения без возможности автоматического изменения их параметров при изменении режимов источников и нагрузки не позволяет полностью использовать запас устойчивости электротехнических систем при провалах напряжения, что приводит к значительной доле - до 30% необоснованных отключений узлов промышленной нагрузки, сопровождаемых массовыми отключениями электрооборудования. Одним из направлений повышения надежности работы электротехнических систем может быть адаптация параметров защит минимального напряжения в процессе работы к режимам нагрузки и источника. Для этого надо было решить выше перечисленные научно-технические задачи.

Во второй главе разработаны способ и математические модели адаптации параметров релейной защиты от потери устойчивости узлов электрической нагрузки.

Идея предложенного способа адаптации параметров релейной защиты от потери устойчивости заключается в использовании банка данных по параметрам устойчивости и электрическим параметрам узла, формируемого в результате предварительных расчетов характерных режимов ЭТС, для идентификации устойчивости по электрическим параметрам, подлежащим непосредственному измерению в ходе эксплуатации ЭТС, и выполнению на основе этого автоматического изменения параметров защит при существенном изменении режима ЭТС.

о

ТРД63МВА, ^^ 1 1 110/10/10

3200 1250 <100 41)0 1500 кВт кВт кВт кВт кВт

Рис. 1. Схема ЭТС узла нагрузки Т1 АГПЗ-2.

Реализация способа включает ниже перечисленные этапы:

- выбор характерных режимов источника питания и состава электроприемников узла нагрузки;

- расчет электромеханических переходных процессов в электротехнической системе для подготовки банка данных по показателям устойчивости и электрическим параметрам по набору характерных режимов узла нагрузки;

- разработку и программную реализацию математических моделей для оценки параметров устойчивости электротехнической системы в процессе работы по измеряемым электрическим параметрам на основании созданного банка данных;

- программную и техническую реализацию автоматического управления параметрами релейных защит при изменении режима ЭТС в процессе эксплуатации.

При разработке математических моделей для адаптации, позволяющих идентифицировать параметры устойчивости ЭТС по измеряемым электрическим параметрам узла, выбраны методы искусственного интеллекта. Данный выбор позволил создать модели, пригодные для оперативного использования < в системах управления реального времени.

Для определения параметров устойчивости узла нагрузки по идентификации режимов работы источника были разработаны модели на базе метода нечеткой логики (НЛ) и метода искусственных нейронных сетей (ИНС).

Метод НЛ использовался для разработки модели для адаптации параметров защиты к режиму источника питания. На основании анализа результатов расчетов режимов ЭТС в терминах нечеткой логики были описаны типовые ситуации минимального Ут,п, максимального Утах и номинального 3"ти режимов источника. В качестве входных переменных использовались напряжение и в узле и полная мощность Sна его вводе. Выражения для типовых ситуаций имеют вид •'

= {((0,), <0,4/ГвМ<0,1/Гвв)/«), «0,6/Г5Д<0,5/Г5м),(0,4/Г5в )/$)}; 'шШ = ^(0,6/^ ), <0,5/7;и ), (0,5/ТиВ )/и), «0,5/Гя), (0,7/7^ ), <0,5/Г5в )/Б)[, (2) = {((0,4/7^), (0,6/Тш), (0,8/Гив )/и), {(0,4/Гя), (0,5/7^), (0,6/Твв )/5)},

где Т„^,ТяМ,Тид - термы "малое", "среднее", "большое" признака и - напряжение; - термы "малая", "средняя", "большая" признака S - нагрузка. Числами указаны соответствия указанных термов нечетким ситуациям.

В ходе анализа установлены функции принадлежности нечетких множеств, задающие ограничения на возможные значения нечетких лингвистических переменных, которые представлены на рисунке 2.

В качестве меры близости текущей ситуации «(,) с эталонной ситуацией 7 используется стешпень нечеткого равенства ).?(;))> которая опредсена

выражением

г - степень включения нечеткого множества в нечеткое мно-

ж тво И-^/) ■*{/)) ~ степень включения нечеткого множества в не~ четкое множество ;" л " - операция конъюнкции нечетких высказываний. Считается, что ситуации ^ и нечетко равны, если

^О))-'- И)

где / е [0,4; 1] - принятый порог нечеткого равенства ситуаций. В процессе эксплуатации ЭТС по функциям принадлежности устанавливается текущая нечеткая ситуация, которая при помощи алгоритма сравнения сопоставляется типовым ситуациям и делается вывод, к какой из типовых ситуаций. ближе всего текущая.

Исследование модели НЛ по результатам численных экспериментов позволило заключить, что данная математическая модель имеет ограниченное применение и способна гарантированно идентифицировать только крайние режимы источника питания (что проиллюстрировано результатами в таблице 2), но не всегда различает крайние и промежуточный (нормальный) режимы источника. В этой связи для определения режима работы источника был применен метод искусственных нейронных сетей. Нейронная сеть, модели определения режима источника, представлена на рисунке 3. В данной ИНС один входной слой, в котором два нейрона, один скрытый слой (два нейрона), и один выходной слой (один нейрон). Дополнительно, в каждом слое присутствует вход «1», служащий для смещения функции активации/нейронов.

Таблица 2

Результаты сравнения нечетких ситуаций режима источника узла Т1 АГПЗ-2

Режимы нагрузки Значения степени нечеткого равенства« Для режимов источника питания •

Минимальный режим> Максимальный режим

/Фронтах) Д'раб^тт) М5роб»5тах) /Фрой'^тт)

1 0,4 0,25 0,29 0,4

3 0,4 0,25 0,1 0,4

5 0,4 0,38 0,1 0,4

8 0,4 0,25 0,1 0,4

10 0,4 0,25 0,1 0,4

входной скрытый. выходной. слой - слой' слой■

Рис. 3. Нейронная сеть для определения режима источника

Текущее состояние нейрона определяется, как взвешенная сумма произведения его входов хг , помноженных на весовые коэффициенты \¥'|

Выход нейрона есть нелинейная функция его состояния вида

К=/(Т9 = 1/(1+е-"), (6)

где а - параметр формы.

Подбор весовых коэффициентов происходит на этапе обучения (тренировки) нейронной сети: на вход И НС подается вектор исходных данных (значения электрических параметров узла), а сигнал на выходе сравнивается с известным результатом - заданным эквивалентным сопротивлением сети. Целью обучения является минимизация функции ошибки или невязки на множестве примеров путем выбора значений коэффициентов сети. Функция ошибки имеет вид

где Ур - значение выхода ИНС при подаче на ее входы р-го образа входного вектора; - значение желаемого (целевого) выхода; - штрафная функция; Р- число примеров.

Разработанная на базе метода искусственных нейронных сетей, математическая модель способна с удовлетворительной точностью (в пределах + 3%) идентифицировать не только минимальный и максимальный, но и промежуточные режимы источника питания при различных составах электроприемников узла, что иллюстрируется результатами в таблице 3.

Таблица 3

Оценки точности модели ИНС для определения режима источника

(на примере узла Т1 АГПЗ-2)

Режимы. работы источника ; Режимы нагрузки Относительная погрешность значения сопротивления источника' &с0 %

Минимальный. 1 -2.0

5 1.9

промежуточный I 1.4

5 0.5

максимальный 1 -0.2

5 -0.2

Кроме лучшего функционального соответствия модель ИНС требует меньших трудозатрат на этапе информационного обеспечения, что определяет целесообразность ее дальнейшего использования для адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки.

Для определения параметров устойчивости при изменении состава нагрузки используется ИНС, изображенная на рисунке 4. Входными параметрами данной модели являются значения активной и реактивной мощности, а также скорость изменения последней dQ/dt при малых возмущениях, контролируемая в процессе эксплуатации ЭТС. Значение dQ/dt вычисляется постоянно в процессе эксплуатации ЭТС по мере возникновения малых (от 0,9 до 0,8) провалов напряжения. Последнее значение величины запоминается и используется в определении параметров устойчивости.

Рис. 4. Модель нейронной сети для адаптации защиты к режиму нагрузки

Включение в вектор входных параметров величины М^М позволило значительно уменьшить значение ошибки в определении параметров устойчивости. Ошибки в определении параметров устойчивости по разработанной модели не превышают + 3,7 % для напряжения статической устойчивости и - 8,5 % для времени динамической устойчивости. Смещение определяемых параметров ису и I, в положительную и отрицательную стороны соответственно сделано специально за счет введение в выражение невязки штрафной функции, что бы -избежать неотключения узла нагрузки при нарушении устойчивости ЭТС.

Разработанная модель (названная по вектору входных параметров РОО'-моделью) была исследована на адекватность при несимметричных провалах напряжения, которые. составляют большинство в системах промышленного электроснабжения. На рисунке 5 в координатах составляющих обратной и прямой последовательностей остаточного напряжения изображены графики, характеризующие влияние уровня несимметрии на границу динамической устойчивости учла, при различной длительности провалов напряжения. По данным графикам видно, что для реального при провалах напряжения диапазона коэффициента несимметрии определяемого по отношению напря-

жений обратной и прямой последовательности, влияние напряжения обратной последовательности мало. При этом ошибка в оценке времени динамической устойчивости не превышает +2%, что заведомо меньше гарантированного смещения оценки I в сторону ее занижения. Таким образом, параметры защит минимального напряжения целесообразно настраивать только на остаточное минимально допустимое напряжение прямой последовательности. Такая настройка обеспечивает требуемый уровень точности срабатывания защит от

потери устойчивости узлов электрической нагрузкой как при симметричных, так и несимметричных провалах напряжения.

По результатам главы можно заключить, что разработанные на базе методов искусственного интеллекта математические модели позволяют достаточно уверенно идентифицировать режимы источника и нагрузки для Последующей адаптации параметров зашит от потери устойчивости узла.

В третьей главе представлены результаты разработки алгоритмов и программного обеспечения для адаптации параметров защит от потери устойчивости, а так же методики и результатов компьютерного моделирования оценки эффективности предложенного способа и моделей адаптации.

Модель для адаптации зашиты минимального напряжения к режиму источника электроэнергии методом нечеткой логики реализована в программе FLA - «Применение нечеткой логики для адаптации ЗМН». Внешний вид главного окна программы FLA приведен на рис. 6. Помимо управления работой программы в главном окне, предусмотрены три дополнительных режима:

- режим определения общих параметров;

- режим назначения функций принадлежности;

- режим задания типовых ситуаций.

Рис.6. Главное окно программы FLA

Модели для адаптации защит минимального напряжения к режиму источника и составу электроприемников методом искусственных нейронных сетей реализованы в программе ANN - «Искусственная нейронная сеть». Главное окно программы приведено на рис.7. Данная программа позволяет расчитывать нейронную сеть со следующими параметрами: число нейронов во входном слое — от одного до 256, число нейронов в выходном слое — от одного до 256, число промежуточных слоев - от одного до двух, число нейронов в промежуточных слоях - от одного до 256, нейроны обладают функцией активации сигмоидного типа.

Для тренировки ИНС используются текстовые файлы с разделителями табуляции. Такие файлы легко получить при помощи программы Microsoft Excel. Файл представляет собой таблицу, в которой первой строкой размещаются заголовки столбцов (соответственно этим столбцам назначаются нейроны входного и выходного слоев), а далее в каждой строке идет набор данных, соответствующих определенному режиму работы. В программе реализован алгоритм тренировки ИНС с помощью процедуры обратного распространения, модифицированный для учета штрафных значений в целевой функции невязки.

Методика оценки эффективности заключается в определении и анализе числа необоснованных отключений узлов нагрузки для ситуаций, отличаю-щцхся режимами источника, режимами нагрузки и адаптированностью (неадаптирована, адаптирована) к указанным режимам различных видов ЗМН.

При сравнении рассмотрена эффективность адаптации четырех видов защит минимального напряжения:

1. Одноступенчатая с независимой характеристикой;

2. Двухступенчатая с независимой характеристикой;

3. Одноступенчатая с зависимой характеристикой;

4. Комбинированная на базе видов 1 и 3.

В соответствии с данными эксплуатации, глубина и длительность провала напряжения для узлов нагрузки газовой промышленности подчиняются экспоненциальным законом распределения.

Плотность распределения случайных величин А и (глубина провала напряжения) и г (длительность провала напряжения) описываются следующими формулами:

где - значения математического ожидания указанных параметров..

Численное моделирование параметров провалов напряжения осуществлено при помощи стандартного генератора случайных чисел. Вычисление параметров возмущения происходит по следующим формулам:

где г, - случайное число, выдаваемое генератором случайных чисел, 5т -смещение по времени, связанное с конечным временем действия защит, принятое равным 0,15 с.

Реализованные возмущения классифицируются по следующим условиям:

- если моделируемое возмущение находится в зоне над кривой устойчивости, то такой провал напряжения приводит к нарушению устойчивости объекта, и в этом случае должна срабатывать защита минимального напряжения. Такое срабатывание защиты считается обоснованным;

- если моделируемое возмущение располагается в зоне под кривой устойчивости, то оно не приводит к нарушению устойчивости и защита минимального напряжения срабатывать не должна;

- если возмущение располагается в зоне под кривой устойчивости узла нагрузки и над кривой срабатывания защиты, происходит необоснованное отключение узла нагрузки.

Методика оценки эффективности адаптации реализована в программе ГУО -«Имитация провалов напряжения». В программе ГУЮ задается кривая устойчивости объекта электроснабжения - параметрами и /0. В программе ГУО

можно изменять параметры устойчивости узла нагрузки, а так же характеристики и параметры защит минимального напряжения. Результаты работы программы при оценке эффективности адаптации комбинированной ЗМН показаны на рис.8.

Рис.8. Пример численного моделирования провалов напряжения для оценки эффективности адаптации ЗМН: I - граница устойчивости; 2 и 3 - независимая и зависимая характеристики срабатывания защит

Основные результаты оценки эффективности адаптации параметров защит от потери устойчивости приведены в таблице 4.

с

Чсу ■ 0,765 о.е.

и, о.е.

Таблица 4

Число (доля, %) необоснованных отключений угла нагрузки в зависимости от адалтированности различных видов ЗМН к составу нагрузки

Вид Состав нагрузки и адаптированность защит

ЗМН максимальная НГ промежуточная НГ минимальная НГ

А А НА А НА

1 4,8(14,1) 3,2(8,9) 7,8 (21,4) 1,8(5) 9,6(26,9)

2 2,6(7,6) 2,4(6,6) 5,5(15,6) 0,9(2,6) 7,6(21,1)

3 1,8(5,1) 1,2(3,3) 4,6(13,4) 0,6(1,6) 6,6(18,4)

4 0,7(1,8) 0,3 (0,9) 3,3(10,1) 0,2 (0,5) 5,6(15,7)

Примечание. Обозначения видов ЗМН указаны в тексте, НГ - нагрузка, А и НА—адаптированные и неадаптированные параметры ЗМН, соответственно.

По результатам численного моделирования установлено, что наиболее эффективной из исследованных является адаптация на базе моделей искусственных нейронных сетей с использованием микропроцессорных релейных зашит с зависимыми характеристиками, позволяющая снизить долю необоснованных отключений узлов нагрузки как при симметричных, так и несимметричных возмущениях с 30 % до 3 %.

В четвертой главе приведены результаты адаптации параметров защит минимального напряжения микропроцессорных блоков SEPAM 2000 в системе SCADA. В данной главе предложен и программно реализован общий алгоритм адаптации параметров ЗМН к изменению режимов работы источника и нагрузки. Структура реализованной системы адаптации приведена на рис. 9. Алгоритм состоит из последовательности действий: считывания сведений о состоянии узла нагрузки, определения параметров устойчивости и соответствующих уставок ЗМН и запись этих уставок в память устройства микропроцессорной защиты. В главе проанализированы возможности реализации данного алгоритма. Для функционирования алгоритма, необходимо,, чтобы устройство микропроцессорных защит имело следующие функции:

- наличие интерфейса связи с компьютером;

- наличие одной или нескольких ступеней защиты минимального напряжения;

- возможность с удаленного компьютера в автоматическом режиме считывать в реальном времени значения электрических параметров (Р, Q, U) и осуществлять запись уставок в память ЗМН.

Связь микропроцессорного блока релейных защит SEPAM 2000 с компьютером и изменение параметров ЗМН в соответствии с текущим состоянием ЭТС осуществляет разработанная управляющая программа «Sepam 2000». Определение параметров устойчивости осуществляется с помощью файла нейронной сети, который создается с помощью программы ANN «Искусственная нейронная сеть».

Работа управляющей программы осуществляется в следующей последовательности:

1) инициализация порта связи;

2) считывание электроэнергетических параметров по протоколу JBus;

3) определение режима источника;

4) определение параметров устойчивости с учетом режимов источника и нагрузки;

5) формирование кадра установки параметров ЗМН;

6) запись кадра установки параметров в память SEPAM 2000;

7) проверка записи параметров ЗМН.

Через установленный период обновления осуществляется переход к п. 2. На экране программой дублируются параметры ЗМН, записанные в память SEPAM 2000.

Проведенные в лабораторных условиях испытания подтвердили работоспособность предложенного способа, алгоритмов и программ адаптации релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электрической нагрузки электротехнических систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Подтверждена возможность более полного использования запаса устойчивости узлов нагрузки систем промышленного электроснабжения, которая может быть осуществлена путем адаптации параметров релейных зашит от потери устойчивости к режимам источника и нагрузки. Установлено, что за счет адаптации параметров защит минимального напряжения возможно уменьшение числа необоснованных отключений узлов нагрузки до 3%.

2. Предложен способ адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки к изменению режима источника питания и состава электроприемников, заключающийся в определении параметров устойчивости электротехнических систем по электрическим параметрам узла, измеряемым в процессе эксплуатации, и использовании установленных параметров устойчивости для автоматической настройки уставок микропроцессорных релейных защит.

3. На базе метода нечеткой логики разработана математическая модель и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания. Результаты исследования модели показали возможность ее использования для идентификации минимального и максимального режимов источников.

4. На базе метода искусственных нейронных сетей разработаны математические модели и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению состава электроприемников. Результаты исследования моделей показали возможность ее использования для идентификации минимального, максимального и промежуточных режимов источников и состава электроприемников.

5. Разработаны программные средства реализации моделей адаптации и автоматического управления изменением уставок микропроцессорных релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки в процессе эксплуатации систем промышленного электроснабжения.

6. Разработана методика и выполнена оценка эффективности предложенного способа адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости.

7. Установлено, что наиболее эффективной из исследованных является адаптация на базе моделей искусственного интеллекта с использованием микропроцессорных релейных защит с зависимыми характеристиками, позволяющая снизить долю необоснованных отключений узлов нагрузки как при симметричных, так и несимметричных возмущениях с 30 % до 3 %.

8. Проведенные в лабораторных условиях на базе микропроцессорного блока 8ЕРАМ 2000 испытания подтвердили работоспособность предложенного способа, алгоритмов и программ адаптации релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электрической нагрузки электротехнических систем.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях

1. Рупчев И. О. Адаптивная система контроля устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий. - 4 Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности». Тезисы докладов. - М.: Нефть и газ, 2001.

2. Ершов М.С., Рупчев И.О. Модель нечеткой логики управления узлами нагрузки систем электроснабжения промышленных комплексов. - Промышленная энергетика, 2002, №2.

3. Методика определения границ устойчивости, показателей надежности электроснабжения и выбора параметров защит узлов электрической нагрузки систем электроснабжения газовых комплексов/Ершов М.С., Егоров А.В., Яценко Д.Е., Рупчев И.О., Шварц ПР. Белоусенко И.В.- ОАО «Газпром», 2001 г.

4. Рупчев И. О. Адаптация защит от потери устойчивости узлов электрических нагрузок. Сборник трудов студенческого научного общества РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. - М.: Нефть и газ, 2002.

5. Рупчев И. О. Адаптивная система защит от потери устойчивости узлов электрических нагрузок при несимметричных внешних возмущениях. - 5 научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». Тезисы докладов. - М.: Нефть и газ, 2003.

6. Ершов М.С., Рупчев И.О. Адаптация защит узлов электрических нагрузок к потере питания при несимметричных возмущениях. - Промышленная энергетика, 2004, № 1.

7. Рупчев И. О. Оценка эффективности и реализация методов адаптации релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки систем промышленного электроснабжения. - IV электронная заочная конференция «Молодежь, студенчество, наука XXI века». Тезисы докладов. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2004.

Подписано в печать . Формат60x90/1 б ' _Объем 1,0 псч. д.. Тираж 100 экз. Заказ № 663_

Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

»17492

ВВЕДЕНИЕ

1. УСТОЙЧИВОСТЬ УЗЛОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ ПРОВАЛАХ НАПРЯЖЕНИЯ

1.1. Провалы напряжения в узлах электрической нагрузки промышленных комплексов: причины, последствия и средства защиты.

1.2. Методы и программные средства расчета параметров границ устойчивости узлов электрической нагрузки

1.3. Зависимость параметров устойчивости узлов от состава нагрузки и режимов источников электроэнергии

1.4. Задачи исследования

2. СПОСОБ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ АДАПТАЦИИ РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ ОТ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ УЗЛОВ НАГРУЗКИ СИСТЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

2.1. Способ и выбор методов адаптации релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки

2.2. Математическая модель для адаптации защиты минимального напряжения к режиму источника питания методом нечеткой логики

2.3. Математическая модель для адаптации защиты минимального напряжения к режиму источника питания методом искусственных нейронных сетей

2.4. Математическая модель для адаптации защиты минимального напряжения к режиму нагрузки (при симметричных и несимметричных провалах напряжения)

2.5. Итоги исследований

3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АДАПТАЦИИ ЗАЩИТ МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ УЗЛОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

3.1. Программа адаптации защиты минимального напряжения к режиму источника питания методом нечеткой логики

3.2. Программа адаптации защиты минимального напряжения к 85 режимам источника и нагрузки методом искусственных нейронных сетей

3.3. Методика оценки эффективности адаптации защит и про- 92 грамма имитации кратковременных возмущений электроснабжения

3.4. Итоги исследований и выводы 102 4. РЕАЛИЗАЦИЯ АДАПТАЦИИ ЗАЩИТ МИНИМАЛЬНОГО 104 НАПРЯЖЕНИЯ УЗЛОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ В СИСТЕМЕ SCADA

4.1. Анализ возможностей и структура адаптации функции защи- 104 ты минимального напряжения блока управления SEP AM 2000 в системе SCADA

4.2. Интерфейс и протокол обмена информацией для связи стан- 107 ции управления с блоком SEP AM

4.3. Программирование связи станции управления с блоком 117 SEP AM

4.4. Итоги реализации и выводы 123 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125 СПИСОК^ ЛИТЕРАТУРЫ 127 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Исходные данные по системе электроснабже- 133 ния Астраханского ГПЗ

Актуальность темы. Промышленные комплексы с непрерывными технологическими процессами по надежности электроснабжения относятся к первой категории, поэтому для таких предприятий предусмотрено наличие нескольких взаимно резервируемых источников питания. Одновременные длительные отключения источников питания маловероятны. Практика эксплуатации подтверждает, что недостаточная надежность электроснабжения крупных многомашинных промышленных комплексов с непрерывными технологическими процессами обусловлена не столько длительными, сколько кратковременными нарушениями электроснабжения, проявляющихся в узлах нагрузки в виде глубоких провалов напряжения длительностью доли секунды. Такие провалы напряжения, обусловленные короткими замыканиями в протяженных внутренних и особенно внешних электрических сетях предприятия, могут приводить к потере устойчивости узлов с электродвигательной нагрузкой, сопровождаются массовыми отключениями электрооборудования. Особенно остро проблема устойчивости узлов нагрузки стоит для систем электроснабжения крупных нефтегазовых комплексов (нефте- газоперерабатывающие заводы, электроприводные компрессорные станции магистральных газопроводов), которые характеризуются большой установленной мощностью электроприводов и непрерывными технологическими процессами, что обусловливает их чувствительность к кратковременным нарушениям электроснабжения. Массовые отключения электрооборудования нефтегазовых комплексов приводят к большим экономическим потерям.

При критических, приводящих к потере устойчивости, провалах напряжения предусматривается отключение узлов электрической нагрузки с последующим повторным групповым пуском электроприводов. Существующие методики и программное обеспечение расчета переходных процессов в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой позволяют определить параметры устойчивости, которые могут быть использованы для выбора параметров релейных защит от потери питания узлов нагрузки.

Вместе с тем, расчетные параметры устойчивости узлов нагрузки определяются исходя из принятых исходных условий. Как правило, расчеты выполняются для базового варианта, ориентированного на «худший случай», когда к узлу подключена максимально возможная нагрузка, а режим источника питания является минимальным. В процессе работы состав нагрузки и режим источника меняется. Определение параметров устойчивости и выбор параметров защит в расчете на «худший случай» приводит к неполному использованию запаса устойчивости узла и к необоснованным массовым отключениям электрооборудования. По предварительным оценкам доля необоснованных отключений узлов нагрузки может достигать 30 - 40%. Для того, чтобы повысить использование запаса устойчивости требуется адаптация параметров релейных защит к реальному режиму электротехнической системы (ЭТС), отслеживаемому в процессе ее работы.

Современные цифровые релейные защиты позволяют программно изменять их параметры в процессе эксплуатации, что обеспечивает техническую возможность адаптации параметров защит к реальному состоянию ЭТС. Для теоретического решения задачи перспективными является методы искусственного интеллекта, позволяющие оценивать состояние сложных объектов с нелинейными характеристиками в условиях ограниченности контролируемой информации и времени на выработку решений. Таким образом, сегодняшний уровень развития техники и математических методов дает практическую и теоретическую возможности для решения указанной задачи.

Разработка методов и средств адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости к изменению режимов работы электротехнических систем промышленных комплексов с непрерывными технологическими процессами представляется достаточно актуальной научной и практической задачей для ряда отраслей промышленности, в первую очередь газовой и нефтяной. Актуальность проблематики диссертации подтверждается получением гранта для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов вузов Минобразования России (А02-3.14-197).

Цель и задачи. Целью диссертационных исследований является разработка способа и средств адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов промышленной электрической нагрузки для более полного использования запаса устойчивости электротехнических систем и повышения надежности их работы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать способ адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электроприемников.

2. Разработать математическую модель адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания.

3. Разработать математическую модель адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению состава электроприемников.

4. Разработать алгоритмы и программы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания и состава электроприемников.

5. Выполнить оценку эффективности адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки при провалах напряжения в системах промышленного электроснабжения. Объекты и методы исследования. Объектами исследования явились электротехнические системы промышленных комплексов газовой отрасли. Исследования выполнены с использованием теории устойчивости электротехнических систем, методов математического моделирования электротехнических систем, методов искусственного интеллекта, методов имитационного моделирования, положений теории вероятностей и математической статистики. Для разработки программного обеспечения использовалась объектно-ориентированная интерактивная среда Delphi.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Способ адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электроприемников ЭТС.

2. Математические модели и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания и состава электроприемников в процессе работы ЭТС.

3. Программные средства адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электроприемников в процессе работы ЭТС.

4. Методика и результаты оценки эффективности адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки при провалах напряжения в системах промышленного электроснабжения.

Научная новизна результатов исследований.

1. Предложен способ адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки к изменению режима источника питания и состава электроприемников, заключающийся в определении параметров устойчивости электротехнических систем по электрическим параметрам узла, измеряемым в процессе эксплуатации, и использовании установленных параметров устойчивости для автоматической настройки уставок микропроцессорных релейных защит.

2. На базе метода нечеткой логики разработана математическая модель и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания. Результаты исследования модели показали возможность ее использования для идентификации минимального и максимального режимов источников.

3. На базе метода искусственных нейронных сетей разработаны математические модели и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электроприемников. Результаты исследования моделей показали возможность ее использования для идентификации минимального, максимального и нормального режимов источника и состава нагрузки.

4. Разработана методика оценки эффективности предложенного способа адаптации параметров релейных защит, учитывающая статистические закономерности параметров провалов напряжения, модели адаптации, виды характеристик и параметры срабатывания защит.

5. Установлено, что наиболее эффективной из исследованных является адаптация на базе моделей искусственных нейронных сетей с использованием микропроцессорных релейных защит с зависимыми характеристиками, позволяющая снизить долю необоснованных отключений узлов нагрузки как при симметричных, так и несимметричных возмущениях с 30 % до 3 %.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается применением апробированных методов и средств исследования устойчивости промышленных электротехнических систем, корректностью выбора и применения математического аппарата, а так же достаточным информационным обеспечением математического моделирования и подтверждается удовлетворительными результатами экспериментов.

Практическое значение работы заключается в разработке средств адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки, обеспечивающих более полное использование запаса устойчивости электротехнических систем многомашинных промышленных комплексов и повышение надежности их работы, это имеет особенно большое значение для предприятий нефтегазовых отраслей промышленности с непрерывными технологическими процессами. Математические модели и алгоритмы адаптации параметров релейных защит реализованы в виде программных средств, встраиваемых в существующие автоматизированные системы управления электроснабжением. Разработанные программы апробированы в автоматизированной системе управления на базе промышленных блоков цифровых защит Бераш. Установленные закономерности доведены до инженерных рекомендаций по использованию расчетных параметров устойчивости для выбора параметров защит, включенных в отраслевой документ «Методика определения границ устойчивости, показателей надежности электроснабжения и выбора параметров защит узлов электрической нагрузки систем электроснабжения газовых комплексов».- ОАО «Газпром», 2002 г. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина в курсе «Электротехнические установки и комплексы нефтегазовой промышленности» при подготовке инженеров и магистров по направлению - «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».

Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на 4-й и 5-й Всероссийской научно-технической конференции «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, 2001 и 2003 гг.), на Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2003 г.), на 4-й электронной заочной конференции "Молодежь, студенчество, наука XXI века" (г. Ижевск, 2004 г.), на научных семинарах кафедры теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000 - 2003 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы составляет 149 печатных страниц, в том числе 132 страниц основного текста и 17 страниц приложений, работа включает 34 рисунка, 37 таблиц и библиографию из 60 наименований.

Основные результаты использования методики для оценки эффективности адаптации параметров защит от потери устойчивости приведены в таблице 3.2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подтверждена возможность более полного использования запаса устойчивости узлов нагрузки систем промышленного электроснабжения, которая может быть осуществлена путем адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости к режимам источника и нагрузки. Установлено, что за счет адаптации параметров защит минимального напряжения возможно уменьшение числа необоснованных отключений узлов нагрузки до 30%.

Предложен способ адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки к изменению режима источника питания и состава электроприемников, заключающийся в определении параметров устойчивости электротехнических систем по электрическим параметрам узла, измеряемым в процессе эксплуатации, и использовании установленных параметров устойчивости для автоматической настройки уставок микропроцессорных релейных защит.

На базе метода нечеткой логики разработана математическая модель и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника питания. Результаты исследования модели показали возможность ее I использования для идентификации минимального и максимального режимов источников.

На базе метода искусственных нейронных сетей разработаны математические модели и алгоритмы адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению состава электроприемников. Результаты исследования моделей показали возможность ее использования для идентификации минимального, максимального и промежуточных режимов источников и состава электроприемников.

Разработаны программные средства реализации моделей адаптации и автоматического управления изменением уставок микропроцессорных релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки в процессе эксплуатации систем промышленного электроснабжения. Разработана методика и выполнена оценка эффективности предложенного способа адаптации параметров релейных защит от потери устойчивости.

Установлено, что наиболее эффективной из исследованных является адаптация на базе моделей искусственного интеллекта с использованием микропроцессорных релейных защит с зависимыми характеристиками, позволяющая снизить долю необоснованных отключений узлов нагрузки как при симметричных, так и несимметричных возмущениях с 30 % до 3 %.

Проведенные в лабораторных условиях на базе микропроцессорного блока SEP AM 2000 испытания подтвердили работоспособность предложенного способа, алгоритмов и программ адаптации релейных защит от потери устойчивости узлов электрической нагрузки к изменению режима источника и состава электрической нагрузки электротехнических систем.

1. Меньшов Б. Г., Ершов М. С., Ярнзов А. Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности: Учебник для вузов. М.: Недра, 2000.

2. Гамазин С. И., Ставцев В. А., Цырук С. А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. -М.: Издательство МЭИ, 1997.

3. Гуревич Ю. Е., Либова Л. Е., Окин A.A. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. — М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Ершов М. С., Егоров А. В., Федоров В. А. Некоторые вопросы повышения устойчивости электроприводов многомашинных комплексов с непрерывными технологическими процессами при возмущениях в системе электроснабжения. Промышленная энергетика, 1992, №7.

5. Меньшов Б. Г., Шкута А. Ф., Федоров В. А., Ершов М. С., Егоров А. В. Астраханский ГПЗ: анализ надежности электроснабжения. — Газовая промышленность, 1990, №4.

6. Корогодский В. И. и др. Релейная защита электродвигателей напряжением свыше 1 кВ. -М.: Энергоатомиздат, 1987.

7. Барзам А. Б. Системная автоматика. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1989.

8. Блок микропроцессорной релейной защиты БРМЗ. Каталог. - СПб.: НТЦ «Механотроника», 2000.

9. Защита, контроль и управление. Серия Sepam. Каталог. - М.: Schneider Electric, 2000.

10. Правила устройства электроустановок. Издание 6-е переработанное и дополненное с изменениями. — М.: Главгосэнергонадзор России, 1998.

11. Ершов М. С., Егоров А. В., Яценко Д. Е. О влиянии параметров энергосистемы на устойчивость узлов электрической нагрузки промышленных предприятий. Промышленная энергетика, 1997, №5.

12. Методика определения границ устойчивости, показателей надежности и выбора параметров защит узлов электрической нагрузки систем электроснабжения газовых комплексов// М. С. Ершов, А. В. Егоров, И. В. Белоусенко и др. М.: ОАО «Газпром», 2001.

13. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1970.

14. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей.-М.: Госэнергоиздат, 1963.

15. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем/ Под ред. Л.А. Жукова. М.: Энергия, 1979.

16. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия, 1980.

17. Гамазин С.И. Устойчивость узлов нагрузки в системах электроснабжения. -М.: МЭИ, 1977.

18. Гамазин С.И. Самозапуск электрических двигателей. М.: МЭИ, 1979.

19. Носов К.Б., Дворак Н.М. Средства и способы самозапуска электродвигателей. — Кемеровское кн. изд-во, 1985.

20. Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей. М.: Энергоатомиздат, 1985.

21. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Хачатрян Э.А. Устойчивость нагрузки электрических систем. -М.: Энергоиздат, 1981.

22. Строев В.А. Математическое описание электроэнергетических систем в исследованиях статической устойчивости. Электричество, 1984, №10.

23. Воропай Н.И. Упрощенные математические модели динамики электроэнергетических систем. Новосибирск, Наука, 1981.

24. Воропай Н.И. Методы анализа и исследование динамических свойств электроэнергетических систем при существенных структурных изменениях и больших возмущениях. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. -Иркутск, 1989.

25. Андерсон П., Фуад А. Управление энергосистемами и устойчивость/ Пер. с англ. Под ред. Я.Н. Лугинского. М.: Энергия, 1980.

26. Анализ неоднородностей электроэнергетических систем/ О.Н. Войтов, Н.И. Воропай, А.З. Гамм и др. Новосибирск: Наука, СО РАН, 1999.

27. Ершов М.С., Егоров A.B. Вопросы повышения устойчивости электрической нагрузки промышленных предприятий. Промышленная энергетика, 1994, №3.

28. Меньшов Б.Г., Доброжанов В.И., Ершов М.С. Теоретические основы управления электропотреблением промышленных предприятий. М.: Нефть и газ, 1995.

29. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Егоров A.B. Исследование системы электроснабжения, обеспечивающей повышение устойчивости двигательной нагрузки. — Электричество, 1997, №8.

30. Белоусенко И.В., Югай В.Ф. Оценка влияния основных параметров систем промышленного электроснабжения на устойчивость узлов электрической нагрузки. Промышленная энергетика, 2002, №10.

31. Мееров М.В. Синтез систем автоматического управления высокой точности. -М.: Наука, 1967.

32. Саридис Д. Самоорганизующиеся стохастические системы управления/ Пер. под ред. Я.3. Цыпкина. М.: Наука, 1980.

33. Самонастраивающиеся системы: Справочник/ Под ред. П. И. Чинаева. -Киев: Наук, думка, 1968.

34. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами. М.: Высшая школа, 1982.

35. Zadeh L.A. Fuzzy logic and approximate reasoning. Machine Intelligence, 1979, v.9.

36. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения/ Под ред. Р. Ягера. М.: Радио и связь, 1986.

37. Прикладные нечеткие системы/ Под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. — М.: Мир, 1993.

38. Мелихов А.Н., Берштейн JI.C., Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. — М.: Наука, 1990.

39. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника. М.: Мир, 1992.

40. Бэстенс Д., Ван Ден Берг В., Вуд Д. Нейронные сети/ Пер. с англ. под ред. А.П. Коваленко. -М.: Научное издательство ТВП, 1999.

41. Круглов В.В., Дли М.И., Голунов Р.Ю. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети. -М.: Издательство Физматлит, 2001.

42. Шевелев А. Многослойные перцептроны — алгоритм обратного распространения ошибки. Программист, 2002, № 1.

43. Нао Ying/ Practical design of nonlinear fuzzy controllers for regulating processes with unknown mathematical models automatic, v.30, № 7, July, 1994.

44. Терехов B.M., Владимирова E.C. Некоторые аспекты применения фаззи-управления в электроприводах. Электричество, 1999, № 9.

45. Lu C.N., Wu Н.Т., Vermuri S. Neural Network Based Short Term Load Forecasting// IEEE Transaction on Power Systems, Vol.8, N1, 1993, pp.336-342.

46. Coury D.V., Jorge D.C. Artificial Neural Network Approach to Distance Protection of Transmission Lines// IEEE Transaction on Power Systems, Vol.13, N1, 1998, pp.102-108.

47. Chen Z., Maun J.-C. Artificial Neural Network Approach to Single-Ended Fault Locator for Transmission Lines// IEEE Transaction on Power Systems, Vol.15, N1, 2000. pp.370-375.

48. Адаптация управления системами промышленного электроснабжения на базе автоматизированных средств защиты и методов искусственного интеллекта/ М.С. Ершов и др. Промышленная энергетика, 2000, № 7.

49. Ершов М.С., Рупчев И.О. Модель нечеткой логики управления узлами нагрузки систем электроснабжения промышленных комплексов. — Промышленная энергетика, 2002, №2.

50. Рупчев И. О. Адаптация защит от потери устойчивости узлов электрических нагрузок. — 55-я Юбилейная межвузовская студенческая научная конференция «Нефть и газ 2001». Тезисы докладов. - М.: Нефть и газ, 2001.

51. Рупчев И. О. Адаптация защит от потери устойчивости узлов электрических нагрузок. Сборник трудов студенческого научного общества за 2001 год. — М.: Нефть и газ, 2002.

52. Ершов М.С., Рупчев И.О. Адаптация защит узлов электрических нагрузок к потере питания при несимметричных возмущениях. Промышленная энергетика, 2004, № 1.

53. Защита, контроль и управление. Связь Лгоэ/МосЛэиз. — Каталог — Серия 8ерат / "Шнейдер-Электрик", 1999.

54. Защита, контроль и управление. Функции измерения и защиты — Каталог — Серия 8ерат / "Шнейдер-Электрик", 1999.

55. Защита, контроль и управление. Испытания — Каталог — Серия 8ерат / "Шнейдер-Электрик", 1999.