автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Повышение эффективности автоматики ликвидации асинхронного режима в электроэнергетической системе

ии-3

На правах рукописи //

ИВАНОВ КОНСТАНТИН МИХАЙЛОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИКИ ЛИКВИДАЦИИ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

Специальность: 05.14.02 - «Электрические станции и электроэнергетические системы»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 9 л ?.п

Владивосток - 2009

003481100

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени В.В.Куйбышева)»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Пастухов Виктор Степанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Защита состоится «26» ноября 2009 г. в 10-00 часов (ауд. 227) нз заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по адресу: 630099, г. Новосибирск, ул.Щетинкина, 33, ФГОУ ВПО «НГАВ'Г» (тел/факс (383) 222-49-76; E-mail: ngayt@ngs.ru или ese_sovet@mail.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Автореферат разослан «23» октября 2009 г.

Учёный секретарь

Фёдоров Владимир Кузьмич

кандидат технических наук, доцент Глазырин Владимир Евлампиевич

Ведущая организация:

Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук

диссертационного совета

Малышева Е.П.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Автоматика ликвидации асинхронного режима (AJ1AP) 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 5 между эквивалентными ЭДС асинхронно идущих частей системы. Поэтому угол 6 следует считать обобщённым параметром распознавания АР.

В ЕЭС России система AJIAP 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 5 для выявления АР на первом цикле (основные принципы - дистанционный и угловой).

В дистанционном принципе 5 оценивают через входное сопротивление сети Z=U/I (U и I - вектора напряжения и тока в месте подключения AJIAP). Этот принцип использован в типовых панелях основных устройств AJIAP, 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 AJIAP в энергосистемах страны. Так, в период с 1981 по 1990 г.г. имели место 18 крупных системных аварий, к которым привела неправильная работа AJIAP. 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 AJIAP-M 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-

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.

1 Предложена универсальная иерархическая структура показателей качества и эффективности АЛАР, на основании которой посредством системного анализа определены пути и ресурсы повышения эффективности её функционирования.

2 Сформулирован дистанционно-угловой принцип и предложен метод ортогональных функций для определения обобщённых параметров, позволяющих выявлять асинхронный режим по локальной информации (параметров распознавания АР).

3 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.

4 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.

5 Предложены оригинальные способы отстройки от КЗ и реализации управляющих воздействий (УВ) при минимуме тока электропередачи.

6 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, отвечающие 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 AJIÁP 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.

Основное содержание диссертационной работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, отражена научная новизна и практическая значимость результатов работы, сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе рассмотрены известные способы выявления двухчастот-ного АР в энергосистеме и выполненные на их основе устройства АЛАР, предложена классификация этих способов и устройств, предложена структура с показателями качества и эффективности автоматики, для простых моделей ЭЭС с учётом этих показателей выполнен системный анализ эффективности функционирования АЛАР и определены пути её повышения.

Дистанционный принцип контроля угла 5 лежит не только в основе типовых панелей АЛАР, но и в основе микропроцессорных устройств зарубежной (ABB, Siemens) и отечественной (НГТУ, г Новосибирск) разработки. Они отличаются набором и формой характеристик срабатывания (ХС), а также логикой фиксации прохождения годографа сопротивления через эти характеристики. При этом в той или иной степени сохраняются недостатки, присущие собственно дистанционному принципу, осуществляющему лишь косвенный контроль угла 5: невозможность фиксации момента нарушения устойчивости,

низкая селективность при обнаружении угрозы АР, загрубление отстройки от КЗ из-за неоднозначной связи Ъ и отсутствие адаптивности ХС к изменяющимся схемно-режимным условиям.

Главным достоинством устройств АЛАР дистанционного типа является широкая область применения, охватывающая все случаи, когда годографы Ъ имеют форму близкую к окружности или прямой линии. Такие условия практически всегда имеют место при расстановке АЛАР по сечениям ЭЭС.

Угловой принцип подразумевает вычисление угла 6 с той или иной степенью точности различными методами, используемыми, например, в устройствах АЛАР-М и АЛАР-Ц. Объединяющим признаком этих методов является необходимость моделирования напряжений в смежных узлах сети. Качественное моделирование возможно только при наличии точных данных о параметрах сети, связывающей контролируемый узел со смежными. Эти параметры не всегда определяются однозначно для полного пакета расчётных схем, что ограничивает контролируемый участок либо недопустимо ухудшает точность моделирования. В то же время этот признак не свойственен дистанционному принципу, недостатки которого отмечены выше.

Для проведения сравнительного анализа способов и устройств, предназначенных для выявления и ликвидации АР, необходимо руководствоваться структурой свойств, на верхнем уровне которой находятся показатели качества и эффективности функционирования автоматики. С этой целью предлагается иерархическая структура, разработанная специально для АЛАР, но пригодная и для любой системы ПА. Она базируется на известной структуре, применяемой для оценки свойств релейной защиты (РЗ), но имеет особенности, определяемые спецификой ПА.

На верхнем уровне расположены обобщённые показатели качества и эффективности: селективность, быстрота срабатывания, устойчивость и надёжность функционирования. При этом в отличие от РЗ селективность разделяется на диагностикоспособность и адекватность УВ, которые имеют достаточно разветвлённую структуру. Это характерно и для других свойств - показателей качества.

Диагностикоспособность - одно из основных свойств, представляющее собой способность автоматики распознавать режимы, которые требуют её срабатывания. Адекватность УВ подразумевает, что комбинация, последовательность, интенсивность, длительность и момент реализации УВ должны соответствовать тяжести возникающего режима, обеспечивая восстановление синхронизма с минимальным ущербом для энергосистемы.

Качество и эффективность функционирования устройств АЛАР, основанных на угловом принципе, во многом зависят от соответствия вычисляемого угла 8т эквивалентному углу 8. Это соответствие зависит, во-первых, от метода вычисления и, во-вторых, от точности моделирования напряжений в смежных узлах. Например, методологически допускается нелинейная зависи-

мость 5П1 от 8, если вычислять 5т как угол между напряжениями в смежных узлах сети. При этом расхождение этих параметров в диапазоне 6=(50-160)° может достигнуть (60-70)° в зависимости от протяжённости участка сети, где фиксируется электрический центр качаний (ЭЦК). Особенно это проявляется в сетях сложной конфигурации при ограничении участка условиями моделирования с приемлемой точностью. Такие ограничения могут оказаться несовместимыми с концепцией установки АЛАР по сечениям АР и потребовать дробления контролируемых участков на отдельные элементы. Однако реализация последнего подхода существенно увеличила бы число устройств в системе АЛАР, что из-за снижения надёжности и увеличения методологической погрешности вряд ли привело бы к повышению эффективности функционирования за счёт улучшения других свойств. Следует отметить также, что устройства, основанные на вычислении 5га через напряжения по концам контролируемого участка, не могут фиксировать АР по смежным сечениям, а значит резервировать устройства, отвечающие за эти сечения.

Способ определения угла 5 через 5т, вычисляемый по годографам напряжений в смежных узлах сети, даёт приемлемые результаты в схемно-режимных условиях близких к идеальным. Однако несинфазность и самораскачивание внутри асинхронно идущих групп, многосвязность сети с распределенными по передачам отборами мощности, затрудняющая моделирование, изменение параметров схемы и нагрузки в процессе развития аварии приводят к сильным отклонениям годографов от окружностей и, как следствие, большим погрешностям в определении угла электропередачи 8 через 5т. В результате снижается селективность и устойчивость функционирования способа, а также замедляется выявление угрозы и момента возникновения АР из-за необходимости аппроксимации вычисляемых параметров.

Вместе с тем, устройства АЛАР, основанные на угловом принципе, во многом свободны от недостатков устройств дистанционного типа, отмеченных выше.

Таким образом, системный анализ эффективности функционирования АЛАР показал, что ресурсы для её повышения сосредоточены в селективности и устойчивости функционирования при сохранении структуры системы АЛАР, определяемой концепцией контроля АР по сечениям энергосистемы. При этом необходимо разработать новый принцип контроля угла 8, сочетающий в себе его прямое вычисление с приемлемой точностью и отказ от напряжений в смежных узлах системы, которые по требованиям моделирования могут внести ограничения по длине или структуре контролируемого участка сети.

Во второй главе приведены результаты разработки принципиально-методологических основ и способов для выявления АР на первом цикле: предложен эффективный метод вычисления параметров распознавания АР по локальной информации, составляющей основу дистанционно-углового прин-

ципа; разработан эффективный способ выявления момента возникновения двухчастотного АР с использованием вычисляемых параметров; разработан способ выявления АР, обладающий возможностями по контролю начального периода АР, по фиксации АР в смежных сечениях и по адаптации момента отключения электропередачи к наиболее благоприятным условиям.

В работе впервые предлагается выявлять АР в энергосистеме на начальном цикле, основываясь на разработанном для этого дистанционно-угловом принципе. Его сущность заключается в том, чтобы получать информацию о параметрах распознавания АР, к которым относятся угол 5 и сопротивление до ЭЦК, непосредственно из полного сопротивления Ъ, не прибегая к моделированию напряжений в смежных узлах энергосистемы. Такой принцип позволяет объединить достоинства известных углового и дистанционного принципов и нивелировать их недостатки, отмеченные выше.

Для реализации дистанционно-углового принципа разработан метод ортогональных функций, согласно которому параметры распознавания АР вычисляются через проекции Ът и Ъйт вектора Ъ на оси Я' соответственно, повёрнутые в комплексной плоскости относительно осей И. и ]Х на некоторый угол фк, дополняющий угол фэ эквивалентного сопротивления Ъ, электропередачи до 90°

фэ = 90° - ф„. (1)

При этом искомые проекции, представленные на рисунке 1, вычисляются по формулам

2т =2-вт(ф,-ф)> (2)

20т =2-со5(фэ-ф) (3)

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 2) в пределах от 0,8 до 1,25 погрешность AZ=Z0m-Zc, отнесённая к Z3, не превышает в среднем ±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 б является его простая тригонометрическая связь с напряжением в ЭЦК (ТМН), которая может быть установлена с помощью векторной диаграммы, приведённой на рисунке 3 для схемы замещения электропередачи, эквиваленти-рующей ЭЭС при двухчастотном АР.

Рисунок 3 - векторная диаграмма для АР электропередачи

Напряжение и„, в ТМН может быть получено как проекция вектора напряжения и в контролируемом узле на ось, перпендикулярную вектору ДЕ, или определено из треугольника, образуемого векторами Е] и Ег, с высотой

Рисунок 2 - Схема замещения электропередачи

-Ё2

Um

um =U-sin(cp,-cp)

Um =Umm„-cos- (5)

(4)

5 '2'

где ивимх=>/2.Е1.Е2/^¿7¥2 .

При выводе формулы (5) применены упрощения, вносящие погрешность менее 1%.

Напряжение ит в методе ортогональных функций вычисляется через проекцию 2т

Ц„=ад (6)

где I - ток электропередачи.

Из (4-6) следует, что есть прямая тригонометрическая связь между Ът и углом 5

{г -I4

8 = 2- arccos -

(7)

V^m.max J

На основании вышеизложенного принципиально-методологического подхода были разработаны два способа выявления АР. Первый способ предназначен для обнаружения АР в момент его возникновения, т.е. на первой половине начального цикла при 90° < 5 < 180°. Признаком нарушения устойчивости является изменение знака второй производной по времени от угла 5 в сторону его совпадения со знаками самого угла и его первой производной (скольжения). В целях упрощения алгоритма при отказе от обратных тригонометрических функций в предложенном способе вместо 8 используется Um. Для этого была установлена взаимосвязь между производными Um и 6 по времени. С учётом (5) при замене Um max на срененоминацьное значение D„ эта связь для первой производной выглядит следующим образом

Ж ' " 2 сК ' V " ... ■ (8)

Отсюда следует, что знак сШт/ск всегда противоположен знаку скольжения 5=(16/(К.

При необходимости оценки периода АР из (8) может быть получено моделируемое скольжение зт

б = ' — = -0 5 ■ я га ' ■ (9)

Для получения второй производной ит по времени необходимо продифференцировать выражение (8) следующим образом

^ --0,25 • ит • з2-0,5 (Ю)

Выражение (10) устанавливает соотношение между вторыми производными Um и 5 (d26/dt2=ds/dt). Однако эта связь между их знаками не является однозначной. Чтобы добиться этой однозначности, вычисляем скорректированную вторую производную D с учётом (9) и (10)

D = —-r^ + s2 -U =-0,5 Jul-U2 •— . ПП

J 2 ram • \ н m (.И;

Знак D всегда противоположен знаку ds/dt=d25/dt2.

В предложенном способе возникновение АР фиксируется, когда выполняется условие

Sign(Um)*Sign(dUm/dt)=Sign(D) (12)

Условие (12) является необходимым, но недостаточным для выявления АР по заданному сечению. Дополнительными условиями устанавливается рабочий диапазон углов 5 и сечение АР

N<UCPi (13)

Z0,<Z0m<Z02, (14)

где Ucp - уставка, определяющая рабочий диапазон 6 в соответствии с (5) и (7); a Zoi и Z02 - расчётные параметры, определяющие зону размещения ЭЦК при АР по заданному сечению.

Второй способ выявления АР на первом цикле разработан для тех случаев, когда требования по быстроте срабатывания менее жёстки и необходимо осуществлять резервирование автоматики смежных сечений. Здесь выявление факта возникновения АР производится во втором полуцикле (180° < 5 < 360°) по несовпадению знаков Um в моменты входа в диапазон, определяемый по (13) и выхода из него соответственно. При этом обеспечивается высокая устойчивость несрабатывания автоматики в циклах глубоких синхронных качаний.

В этом способе применяется также условие (14) для контроля размещения ЭЦК при АР по заданному сечению. Достоинством способа является то, что он сохраняет работоспособность и при внешних АР по смежным сечениям, что позволяет использовать автоматику для резервирования устройств, отвечающих за эти сечения. Для разделения сигналов срабатывания в режимах основного и резервного действия применяются дополнительные условия, фиксирующие размещение ЭЦК на смежных сечениях слева и справа от контролируемого

Zo3<Zora<Zoi, (15)

Z02<Z0m<Z04, (16)

где Z03 и Z04 - расчётные параметры, ограничивающие зоны размещения ЭЦК при АР по смежным сечениям.

Рассматриваемый способ в сравнении с известными обладает дополнительными возможностями по контролю скольжения (периода АР) на первом цикле и по формированию команды на отключение с упреждением, обеспе-

чивающим ДС при наиболее благоприятных условиях, когда её ток близок к нулю. Для этого, как и в первом способе, необходимо вычислять скольжение 5т по (9), жёстко связанное с периодом АР. Деление системы при минимальных токах позитивно сказывается на адекватности УВ.

Работа способа поясняется с помощью характеристик, приведённых на рисунке 3 и имеющих прямоугольную форму. Здесь показаны также годографы Ъ при АР по заданному сечению (1 и 2) и для внешних АР (3 и 4). Пересечение годографами боковых сторон характеристик свидетельствует о выполнении условия (13), означающего вход угла 5 в рабочий диапазон. В зависимости от уровня токов ZCp изменяется так, чтобы угол 6 в моменты ^ и Х2 всегда соответствовал граничным значениям этого диапазона. Ограничение характеристик снизу и сверху соответствует условиям (15) и (16) и позволяет отличать АР по контролируемому сечению (годографы 1 и 2) от внешних АР слева (годограф 3) и справа (годограф 4) от него.

Рисунок 4 - Характеристики способа выявления асинхронного режима относительно годографов сопротивления.

Для повышения селективности устройств АЛАР, использующих предложенные способы, в работе представлен новый способ распознавания КЗ, обладающий повышенной восприимчивостью к этим режимам при неизменном пороге чувствительности к АР. С этой целью в качестве параметра распознавания используется результирующие скольжение как среднеквадратичное от скольжений Бт и Бот, причём 80т вычисляется по формуле аналогичной (9), где вместо ит используется и0т=20т-1. Такой параметр сохраняет высокие значения при любых КЗ независимо от направления движения годографа Ъ.

Таким образом, предложенные дистанционно-угловой принцип и метод ортогональных функций позволяют объединить достоинства дистанционного и углового принципов, применяемых в известной автоматике, и устранить их основные недостатки. При этом можно априорно утверждать на основании опыта эксплуатации типовых панелей, использующих сопротивление X, что устройство АЛАР на новом принципе работоспособно во всех случаях, когда форма годографов Z позволяет применять типовые панели. Однако при этом обеспечивается более высокий уровень селективности и устойчивости функционирования автоматики и расширение её функциональных возможностей.

В третьей главе определены функции алгоритма, сформулированы предъявляемые к нему требования, синтезированы алгоритмы АЛАР на уровнях укрупнённой блок-схемы, структурных и принципиальных схем блоков, реализующих отдельные способы и функции.

В соответствии со своим назначением и функциями устройства АЛАР должны: выявлять АР при его возникновении в симметричных и неполнофаз-ных 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 1.

Таблица 1 — Взаимосвязь свойств и функций противоаварийной автоматики

Образующие свойства

Функции ПА

Поддерживающие свойства

С е л е к т и в н о с

д

и а г н о с т и к о с п о с о б н о с т ь

А д е к в а т н о с т ь

базовая

Срабатывание при АР, требующих действия автоматики.

Несрабатывание при внешних АР.

Несрабатывание при отсутствии АР.

внутренняя

Срабатывание, направленное на ликвидацию АР по контролируемому сечению с учётом скольжения._

взаимодеиствия

Срабатывание, направленное ликвидацию АР по резервируемому сечению.

комбинации и последовательности УВ

интенсивности и

длительности

УВ

Выбор УВ по условиям эффективности и достаточности.

момента реализации УВ

Своевременность срабатыва-

Устойчивость и надежность функционирования

Быстрота срабатывания

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.

В тех случаях, когда расхождение векторов эквивалентных ЭДС на значительный угол приводит к недопустимым последствиям (вторичное нарушение устойчивости, опасное снижение напряжения в узлах, к которым примыкают электростанции) разработанный алгоритм АЛАР формирует сигнал на ДС в момент возникновения АР (первый разработанный способ).

Если расхождение векторов на значительный угол может быть допущено, но нежелательно затягивание АР, алгоритм вырабатывает сигнал на ДС по окончании первого цикла в момент минимума тока электропередачи, обеспечивая тем самым быстрый переход к установившемуся послеаварийному режиму (второй разработанный способ). При этом алгоритм способен выполнять функции резервирования устройств, установленных по контролируемому и смежным сечениям. Диагностикоспособность взаимодействия обеспечивается задаваемым количеством отсчитываемых циклов АР.

Алгоритм АЛАР блокируется, если период АР больше критического, когда имеются условия для самосинхронизации. Применение эффективного способа отстройки от КЗ по скорости изменения угла, дополненного продольной составляющей, позволяет повысить устойчивость распознавания АР и КЗ и блокировать алгоритм в последнем случае.

Адекватность УВ обеспечивается разделенными выходами алгоритма, по которым формируются сигналы на ДС и ресинхронизацию с чётом знака взаимного скольжения. Ещё одной мерой, не применявшейся в известных устройствах, является повышение адекватности момента реализации УВ. Независимо от текущего скольжения команда на ДС формируется с таким упреждением, которое обеспечивает разрыв электропередачи при минимуме тока. При этом существенно уменьшается динамический переход при коммутациях, что благоприятно отражается на работе выключателей, устройств защиты и автоматики, а также на уровнях перенапряжений.

На рисунке 5 приведена укрупнённая структурная схема алгоритма, содержащая следующие блоки: 1 - блок обработки входных сигналов; 2 - блок фиксации момента возникновения АР; 3 - блок фиксации факта АР; 4 - блок распределения УВ.

Рисунок 5 - Укрупнённая структурная схема алгоритма

Все операции, связанные с предварительным пересчётом поступающей в алгоритм информации, реализуются в блоке 1. Здесь осуществляются математические операции, общие для способов фиксации момента и факта возникновения АР. Блок 2 фиксирует момент достижения углом 5 критического значения по условию (12). Блок 3 фиксирует наличие АР по несовпадению знаков ит в моменты его попадания и выхода из диапазона, задаваемого по (13). Блок 4 распределяет УВ в зависимости от знака скольжения и сечения АР.

Подробное описание принципиальных схем, реализующих алгоритмы выявления момента возникновения АР и факта возникновения АР на первом цикле, приведено в тексте диссертации.

В четвертой главе рассмотрены возможности МКПА для реализации синтезированного алгоритма АЛАР, разработана программа испытаний АЛАР в составе МКПА с помощью специальных испытательных устройств, обобщены результаты проведённых испытаний.

Особенностью МКПА является высокая степень гибкости программного обеспечения в отношении использования различных алгоритмов. Это даёт возможность при наличии всех инструментальных средств разрабатывать, модифицировать, компилировать и включать в состав МКПА алгоритмы без участия фирмы-производителя.

В качестве основного испытательного устройства для проверки алгоритмов использован комплекс РЕТОМ-51 (НПП «Динамика, г. Чебоксары), который позволяет формировать физические сигналы на входах МКПА в режимах, задаваемых на специально разработанных математических моделях ЭЭС.

Целью испытаний является всесторонняя оценка эффективности разработанного алгоритма, что требует проведения его тестирования для проверки всех основных свойств автоматики. В программу испытаний входит: проверка отсутствия срабатывания устройства АЛАР в переходных процессах; проверка работы устройства АЛАР в аварийных режимах при различных видах аварийных возмущений с расположением электрического центра качаний в различных точках защищаемого участка сети и за его пределами; проверка работы устройства АЛАР в условиях, когда на защищаемом участке сети имеются промежуточные отборы мощности; проверка работы устройства

АЛАР в аварийных режимах с монотонным увеличением перетока до нарушения статической устойчивости; проверка влияния на работу устройства АЛАР скорости развития асинхронного режима; проверка согласованности работы основного и резервного устройств защищающих участок сети.

Результаты испытаний показали работоспособность алгоритма АЛАР во всём многообразии создаваемых схемно-режимных условий и возмущений.

Основные выводы и рекомендации

1 Предложена универсальная иерархическая структура показателей качества и эффективности АЛАР, на основании которой посредством системного анализа определены пути и ресурсы повышения её эффективности за счёт улучшения селективности и устойчивости функционирования на основе новых принципов и способов выявления АР.

2 Разработан метод ортогональных функций для вычисления обобщённых параметров распознавания АР (угла 5 между эквивалентными ЭДС и сопротивления до ЭЦК) непосредственно через входное сопротивление и его проекции без применения моделирования напряжений в смежных узлах, вносящего ограничения в область применения.

3 Разработаны и запатентованы эффективные способы выявления двух-частотного АР с использованием вычисляемых параметров, обладающие адаптивностью к изменению конфигурации сети и параметров схемы замещения в ходе АР, а также возможностями по контролю начального периода АР, по фиксации АР в смежных сечениях и по адаптации момента отключения электропередачи к наиболее благоприятным условиям.

4 На базе предложенных способов разработан универсальный алгоритм АЛАР для применения в микропроцессорных устройствах, способных выполнять функции основных и резервных устройств АЛАР.

5 Проведены всесторонние испытания разработанных алгоритмов в составе МКПА с помощью испытательных установок и программ, позволяющих моделировать двухчастотные и многочастотные АР, синхронные качания и КЗ при различных параметрах сети, скольжении и местоположении ЭЦК. Проведённые испытания показали высокую эффективность функционирования разработанных принципов и способов выявления АР, а также основанных на них алгоритмов.

6 Разработанные алгоритмы АЛАР были серийно внедрены в составе МКПА в виде 38-ми устройств АЛАР на 27-ми терминалах, установленных на 15-ти объектах ОЭС Востока, причём по мере развития энергосистемы предполагается дальнейшее использование этих алгоритмов.

7 Учитывая опыт эксплуатации и технические возможности разработанного алгоритма АЛАР можно рекомендовать его использование в составе микропроцессорных устройств в сетях 110 - 500 кВ взамен типовых устройств, использующих дистанционный принцип, особенно в тех случаях, ко-

гда применение альтернативных устройств затруднительно из-за схемно-режимных ограничений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК

1 Иванов, K.M. Новые принципы автоматики ликвидации асинхронного режима на базе микропроцессорных комплексов в ОЭС Востока / K.M. Иванов, B.C. Пастухов // Энергетик. - 2008. - № 12. - С. 7-9.

2 Иванов, K.M. Способ эффективного выявления момента возникновения асинхронного режима в энергосистеме / K.M. Иванов, B.C. Пастухов // Научные пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2009. - № 2. - С. 251-253.

Патенты

3 Пат. 2316100 Российская Федерация, МКП Н02Н 3/48, Н02 J3/24. Способ выявления и ликвидации асинхронного режима в энергосистеме устройством автоматики / B.C. Пастухов, K.M. Иванов. Опубл. 27.01.2008, Бюл. № 3.-13 с.

4 Пат. 2316101 Российская Федерация, МКП Н02Н 3/48, Н02 J3/24. Способ выявления асинхронного режима электропередачи / B.C. Пастухов, K.M. Иванов, В.М. Козлов. Опубл. 27.01.2008, Бюл. № 3. - 13 с.

Статьи в российских изданиях, материалы международных конференций

5 Иванов, K.M. Функции и модели функционирования противоаварийной автоматики / K.M. Иванов, B.C. Пастухов // Матер, научн. конф. «Вологдин-ские чтения». Владивосток: Изд-во ДВГТУ. - 2002. - С. 36-38.

6 Иванов, K.M. Особенности структуры основных свойств противоаварийной автоматики энергосистем / K.M. Иванов, B.C. Пастухов // Матер, научн. конф. «Вологдинские чтения». Владивосток: Изд-во ДВГТУ. - 2002. - С. 39-41.

7 Иванов, K.M. Обнаружение угрозы и факта возникновения асинхронного режима в энергосистеме / K.M. Иванов, B.C. Пастухов, Д.А. Троянов // Тр. Дальн. отд-я Рос. инжен. акад. Владивосток: Изд-во ДВГТУ. - 2003. С. 53 -55.

8 Иванов, K.M. Алгоритм выявления асинхронного режима в энергосистеме на первом цикле для микропроцессорных устройств / K.M. Иванов, B.C. Пастухов, Д.А. Троянов // Матер, научн. конф. «Вологдинские чтения». Владивосток: Изд-во ДВГТУ. - 2003. - С. 45-46.

9 Иванов, K.M. Универсальный алгоритм выявления асинхронного режима в энергосистеме для микропроцессорной автоматики / K.M. Иванов, B.C. Пастухов, Троянов Д.А. // Тр. Дальн. отд-я Рос. инжен. акад.. Владивосток: Изд-во ДВГТУ. - 2004. - С. 77-81.

10 Иванов, K.M. Анализ эффективности функционирования локальных устройств автоматики ликвидации асинхронного режима / K.M. Иванов, B.C. Пастухов, В.А. Кислюков [и др.] // Тр. Дальн. отд-я Рос. инжен. акад. Владивосток: Изд-во ДВГТУ. - 2004. - С. 82-85.

11 Иванов, K.M. Эффективные алгоритмы локальной автоматики ликвидации асинхронного режима / K.M. Иванов, B.C. Пастухов, Д.А. Троянов [и др.] // Тр. Дальн. отд-я Рос. инжен. акад. Владивосток: Изд-во ДВГТУ. - 2005. - С. 159-164.

Личный вклад в статьях, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50%.

Подписано в печать 12.10.2009 г. Формат 60x84/16 Усл.-печ. л. 1,2 Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 130 экз. Заказ 350 Отпечатано в типографии ДВГТУ 690950, Владивосток, ул. Пушкинская, 10

Введение.:.

1 Исследование качества и эффективности функционирования автоматики ликвидации асинхронного режима.

1.1 Постановка задачи.

1.2 Обзор и систематизация автоматики ликвидации асинхронного режима

1.2.1 Параметры для выявления асинхронного режима.

1.2.2 Принципы и способы выявления асинхронного режима.

1.2.3 Устройства автоматики ликвидации асинхронного режима.

1.3 Разработка структуры качества и эффективности функционирования автоматики.

1.4 Анализ автоматики ликвидации асинхронного режима по показателям качества и эффективности.

1.5 Системный анализ эффективности автоматики ликвидации асинхронного режима на основе простейших моделей.

1.6 Выводы.

2 Разработка принципиально-методологических подходов и способов для выявления асинхронного режима на первом цикле.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Новый принцип и метод определения параметров распознавания асинхронного режима.

2.3 Способ выявления момента возникновения асинхронного режима.

2.4 Способ фиксации факта возникновения асинхронного режима.

2.5 Способ повышения адекватности управляющих воздействий.

2.6 Способ отстройки от коротких замыканий.

2.7 Выводы.

3 Разработка алгоритма автоматики ликвидации асинхронного режима для микропроцессорного устройства.

3.1 Требования к алгоритму, его функции и общие характеристики.

3.2 Структурная схема алгоритма.

3.3 Алгоритм выявления момента возникновения асинхронного режима.

3.4 Алгоритм выявления факта возникновения асинхронного режима.

3.5 Выводы.

4 Испытания разработанного алгоритма автоматики ликвидации асинхронного режима в составе микропроцессорного комплекса противоаварийной автоматики.

4.1 Микропроцессорный комплекс противоаварийной автоматики.

4.2 Испытательные устройства.

4.3 Программа испытаний.

4.4 Анализ результатов испытаний.

4.5 Выводы.

Автоматика ликвидации асинхронного режима (AJTAP) 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 [1,2].

Факт возникновения асинхронного режима (АР) наиболее достоверно устанавливается по характеру изменения угла 8 между эквивалентными ЭДС асинхронно идущих частей системы. Поэтому угол 5 следует считать обобщённым параметром распознавания АР.

В ЕЭС России система AJIAP представляет собой совокупность локальных устройств, контролирующих сечения, по которым производится деление системы (ДС) при АР [3]. Особенностью локальных устройств является дефицит входной информации и, как следствие, ограниченный круг принципов контроля угла 8 для выявления АР на первом цикле (основные принципы - дистанционный и угловой).

В дистанционном принципе 8 оценивают через входное сопротивление сети Z=U/1 (Пи1-вектора напряжения и тока в месте подключения AJIAP). Этот принцип использован в типовых панелях основных устройств AJIAP, 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 AJIAP в энергосистемах страны. Так, в период с 1981 по 1990 г.г. имели место 18 крупных системных аварий, к которым привела неправильная работа AJIAP [4, 5, 6, 7, 8, 9]. В связи с этим отечественными разработчиками были предприняты усилия для повышения эффективности AJIAP на базе микропроцессорной техники, в результате чего на рубеже тысячелетия появились микропроцессорные устройства AJIAP-M [10, 11] и АЛАР-Ц [12, 13], 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 Бурейской и Зейской ГЭС, а также на Приморской ГРЭС, и к масштабному вводу в эксплуатацию локальных микропроцессорных комплексов ПА (МКПА) в количестве более 80-ти терминалов. Именно в рамках энергетического строительства на Дальнем Востоке в ДВГТУ при непосредственном участии автора были разработаны новые способы и алгоритмы AJ1AP для внедряемых МКПА с целью повышения эффективности этой автоматики.

Таким образом, в современных условиях, когда наращивается и совершенствуется вся система ПА, проблема повышения эффективности AJ1AP 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 AJIAP, ее структура и ресурсы повышения за счет совершенствания новых принципов и способов выявления АР.

Связь темы диссертации с общенаучными программами. Работа выполнялась в соответствии с научными направлениями рабочей группы В 5 «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 AJIAP;

- определение ресурсов и путей повышения эффективности AJIAP 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 AJIAP 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 расчетах математической модели электропередачи, адекватность которой подтверждена совпадением характера переходных процессов в моделируемых и реальных режимах электрической сети;

- проведением всесторонних лабораторных испытаний разработанного алгоритма AJIAP с использованием устройств и программ, имитирующих различные режимы энергосистемы;

- опытом серийной эксплуатации алгоритмов AJIAP 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 AJIAP, 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 двух-частотного 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 AJIAP для применения в микропроцессорных устройствах противоаварийной автоматики.

Практическая ценность работы.

Устройства AJIAP 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.

Расчет режимов энергосистемы и выбор на их базе уставок AJIAP производятся с помощью типового программного обеспечения, причем количество уставок, требующих трудоемких расчетов, минимизируется, а отстройка от КЗ осуществляется непосредственно по максимальному скольжению (минимальному периоду) АР.

Повышенная селективность AJ1AP позволяет реализовывать функции резервирования устройств, отвечающих за смежные сечения АР.

Повышенная устойчивость функционирования AJIAP 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 AJIAP 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 AJIAP;

-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 МЕСПА производства ООО «Прософт-Системы» (г. Екатеринбург). Этот алгоритм, основанный на разработанных принципах и способах был серийно внедрён в эксплуатацию в составе 27-ми шкафов МЕСПА на 15-ти энегообъектах в ОЭС Востока. В связи с продолжающимся развитием электрической сети в Приморской энергосистеме предусмотрено использование разработанного алгоритма AJIAP 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 86 наименований и трёх приложений. Изложена на 156 страницах машинописного текста, который поясняется 34 рисунками и 6 таблицами.

4.5 Выводы

1 Разработанный алгоритм АЛАР реализован на заводском терминале МКПА, для которого составлена программа всестороннего тестирования алгоритма с целью проверки основных свойств, определяющих качество функционирования автоматики в алгоритмической части.

2 В соответствии с подготовленной программой проведены испытания разработанного алгоритма AJIAP с использованием специальных испытательных приборов (РЕТОМ-51 и ГИС), которые показали правильную работу автоматики во всех режимах тестирования.

3 На основании полученных в ходе тестирования осциллограмм произведен анализ результатов проведенных испытаний алгоритма AJIAP с оценкой важнейших свойств, входящих в обобщенную структуру качества устройств защиты и автоматики.

4 Испытания подтвердили высокую эффективность принципиальных решений и схемной реализации AJIAP в части селективности и устойчивости функционировании при внутренних и внешних АР, СК и всевозможных КЗ.

Заключение

1 Предложена универсальная иерархическая структура показателей качества и эффективности АЛАР, на основании которой посредством системного анализа определены пути и ресурсы повышения её эффективности за счёт улучшения селективности и устойчивости функционирования на основе новых принципов и способов выявления АР.

2 Разработан метод ортогональных функций для вычисления обобщённых параметров распознавания АР (угла 5 между эквивалентными ЭДС и сопротивления до ЭЦК) непосредственно через входное сопротивление и его проекции без применения моделирования напряжений в смежных узлах, вносящего ограничения в область применения.

3 Разработаны и запатентованы эффективные способы выявления двух-частотного АР с использованием вычисляемых параметров, обладающие адаптивностью к изменению конфигурации сети и параметров схемы замещения в ходе АР, а также возможностями по контролю начального периода АР, по фиксации АР в смежных сечениях и по адаптации момента отключения электропередачи к наиболее благоприятным условиям.

4 На базе предложенных способов разработан универсальный алгоритм АЛАР для применения в микропроцессорных устройствах, способных выполнять функции основных и резервных устройств АЛАР.

5 Проведены всесторонние испытания разработанных алгоритмов в составе МКПА с помощью испытательных установок и программ, позволяющих моделировать двухчастотные и многочастотные АР, синхронные качания и КЗ при различных параметрах сети, скольжении и местоположении ЭЦК. Проведённые испытания показали высокую эффективность функционирования разработанных принципов и способов выявления АР, а также основанных на них алгоритмов.

6 Разработанные алгоритмы АЛАР были серийно внедрены в составе МКПА в виде 38-ми устройств АЛАР на 27-ми терминалах, установленных на

15-ти объектах ОЭС Востока, причём по мере развития энергосистемы предполагается дальнейшее использование этих алгоритмов.

7 Учитывая опыт эксплуатации и технические возможности разработанного алгоритма AJIAP можно рекомендовать его использование в составе микропроцессорных устройств в сетях 110 - 500 кВ взамен типовых устройств, использующих дистанционный принцип, особенно в тех случаях, когда применение альтернативных устройств затруднительно из-за схемно-режимных ограничений.

1. Правила устройства электроустановок. М.: Изд-во «ДЕАН», 2001. — 928 с.

2. РД 34.35.113. Руководящие указания по противоаварийной автоматике энергосистем (основные положения). -М.: ПО Союзтехэнерго, 1986. — 13 с.

3. СТО 59012820.29.240008-2008. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Условия организации процесса. Условия создания объекта. Нормы и требования. Стандарт ОАО «СО ЕЭС». М., 2008. - 62 с.

4. Обзор аварий и других нарушений в работе на электростанциях и в электрических сетях энергосистем за 1981 1983 годы, вып. 4. - М.: СПО Союзтехэнерго, 1984. - 87 с.

5. Обзор аварии и других нарушений в работе на электростанциях и в электрических сетях энергосистем за 1984 1987 годы, вып. 4. - М.: СПО Союзтехэнерго, 1988. - 79 с.

6. Анализ системных и сетевых аварий, аварий на электростанциях с полным сбросом нагрузки за 1989 год. -М.: СДО Союзтехэнерго, 1990. 34 с.

7. Анализ системных и сетевых аварий, аварий на электростанциях с полным сбросом нагрузки за первую половину 1990 года. М.: ОРГРЭС, 1991. — 42 с.

8. Анализ технологических нарушений в работе энергосистем и электрических сетей, а также технологических нарушений с полным сбросом нагрузки электростанциями за вторую половину 1990 года. М.: ОРГРЭС, 1991. — 32 с.

9. Анализ причин технологических нарушений в работе электрической части энергосистем за 1992 1999 годы. - М.: ОРГРЭС, 2000. - 91 с.

10. Наровлянский, В.Г. Современные средства и методы предотвращения асинхронного режима электроэнергетической системы. М.: Энергоатомиздат, 2004. - 360 е.: ил.

11. Пат. 2199807 Российская Федерация, МПК7 H02J3/24. Способ выявления асинхронного режима электропередачи / М.А. Эдлин, П.Я. Кац, А.В. Струков. Опубл. 27.02.2003, Бюл. №23. 8 с.

12. Цифровая автоматика ликвидации асинхронного режима АЛАР-Ц. Руководство по эксплуатации ТИЯК.648229.001.РЭ. С-Пб, 2008. - 38 с.

13. Барзам, А.Б. Системная автоматика / А.Б. Барзам. М.: Энергия, 1973. -392 е.: ил.

14. Беркович, М.А. Основы автоматики энергосистем / М.А. Беркович, А.Н. Комаров, В.А. Семенов. -М.: Энергоатомиздат, 1981.-432 е.: ил.

15. Гуревич, Ю.Е. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах / Ю.Е. Гуревич, Л.Е. Либова, А.А. Окин. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 390 е.: ил.

16. Барзам, А.Б. Применение делительных защит для предотвращения и прекращения асинхронного режима / А.Б. Барзам // Электрические станции, 1970.-№4.-С. 19-23

17. Бринкис К.А. Делительная автоматика от асинхронного хода / К.А. Брин-кис, В.А. Семенов // Электрические станции, 1969. №3. - С. 45^47

18. Кощеев, Л. А. Автоматическое противоаварийное управление в электроэнергетических системах / Л. А. Кощеев. Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1990. - 140 е.: ил.

19. Барзам, А.Б. Специальные вопросы защиты и автоматики электрических систем, подверженных качаниям / А.Б. Барзам. М.: ГЭИ, 1998. — 301 с.

20. Автоматика электрических станции и электроэнергетических систем / Н. И. Овчаренко; под ред. А. Ф. Дьякова. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000. - 504 е.: ил.

21. Семёнов, В.А. Противоаварийная автоматика в ЕЭС России. -М.: НТФ «Энергопрогресс», 2004. 104 е.: ил.

22. Шкаф автоматики ШЭ2708. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИГФР.656457.115 Т01. Владивосток, 1992. - 66 с.

23. Микроэлектронное устройство автоматической ликвидации асинхронного режима (АЛАР-МЭ). Техническое описание и инструкция по эксплуатации. -Владивосток, 1999. -38 с.

24. Микропроцессорное устройство автоматики ликвидации асинхронного режима AJIAP-М. 0212005. Паспорт и руководство по эксплуатации. М., 2007. 67 с.

25. Бринкис, К.А. Микропроцессорное устройство предотвращения асинхронного хода / К.А. Бринкис, Г.И. Бочкарева, А.-С.С. Саухатас // Электротехника, 1990. № 2. - С. 36-38.

26. Семенов, В.А. Централизованная автоматика ликвидации асинхронного режима / В.А. Семенов // Энергетик, 1993. № 7. - С. 21.

27. Степанов, В.Г. Испытания алгоритма ликвидации асинхронного режима (AJIAP) на базе серии IED 670 / В.Г. Степанов, А.П. Арсентьев, В.Л. Маре-нич, Г.С. Нудельнам, В.И. Капустин // Энергетик. 2007. - № 11. - С. 41-43.

28. Гоник, Я.Е. Обобщенные способы выявления асинхронного хода в энергосистеме / Я.Е. Гоник // Тр. ин-та «Энергосетъпроект», вып. 4. М.: Энергия, 1974.-С. 87-104.

29. Гоник, Я.Е. Способы выявления асинхронного хода в энергосистеме: дис. канд. техн. наук / Гоник Яков Ефимович. М. - Ин-т «Энергосетъпроект». -1975.- 138 с.

30. Ульяницкий Е.М. Микропроцессорные системы релейной защиты: дис. д-ра техн. наук / Ульяницкий Евгений Мефодьевич. Ростов-на-Дону. - 1990. -471 с.

31. Гоник, Я.Е. Автоматика ликвидации асинхронного режима / Я.Е. Гоник, Е.С. Иглицкий. -М.: Энергоатомиздат, 1998. 122 е.: ил.

32. Веников, В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах / В.А. Веников. М.: Высшая школа, 1985. - 536 е.: ил.

33. Жданов, П.С. Вопросы устойчивости электрических систем / П.С. Жданов. М.: Энергия, 1979. - 456 е.: ил.

34. Шнеерсон, Э.М. Цифровая релейная защита / Э.М. Шнеерсон. М.: Энер-гоатомиздат, 2007. - 548 е.: ил.

35. Гоник, Я.Е. Резервное устройство автоматического прекращения асинхронного хода в энергосистеме / Я.Е. Гоник, Б.И. Иофьев, Л.И. Медведева // Электрические станции, 1975. №9. - С. 31-35.

36. Бринкис, К.А. Современные устройства на основе изменения угла / К.А. Бринкис // Тр. Рижск. политехи, ин-та. Рига: Изд-во РПИ, 1984. — С. 145— 161.

37. Зеликов, С.И. Адаптивная цифровая автоматика ликвидации асинхронных режимов / С.И. Зеликов, А.А. Лисицын, П.Я. Кац, М.А. Эдлин // Новое в российской электроэнергетике, 2002. №12. - С. 172-179.

38. Акопян, Г.С. Адаптивная защита энергосистемы от асинхронного хода / Г.С. Акопян, С.Г. Акопян. // Электрические станции. 2007. - №8. - С. 60-64.

39. Костржевский, Б.Е. Фазовый метод выявления асинхронных режимов в энергосистеме / Б.Е. Костржевский // Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем. Киев: Наукова думка, 1968. - С. 51-54.

40. А.с. 1575264 СССР, МКИ3 H02J3/24. Способ выявления асинхронного режима электропередачи / B.C. Пастухов (СССР). Опубл. 30.06.90. 3 с.

41. Пастухов, B.C. Новые принципы выявления асинхронного режима в энергосистеме // Матер, научн. конф. «Проблемы электротехники», 1993. С. 2730.

42. Семенов, В. А. Селективная делительная защита при асинхронном ходе / В. А. Семенов, К.А. Бринкис // Электрические станции. 1975. №9. - С. 3649.

43. Иофьев, Б.И. Принципы построения устройств прекращения асинхронного хода в энергосистемах / Б.И. Иофьев // Электричество, 1976. № 9. - С. 34-37

44. Панели устройств автоматического прекращения асинхронного хода. Инв. № 5488 ТМ. Энергосетьпроект. -М, 1974. 57 с.

45. Пат. 2042246 Российская Федерация, МП К7 H02J3/24. Способ выявления асинхронного режима электропередачи / B.C. Пастухов. Опубл. 20.08.95, Бюл. №23.-6 с.

46. Пат. 2064726 Российская Федерация, МПК7 H02J3/24. Устройство для выявления асинхронного режима электропередачи / B.C. Пастухов. Опубл. 27.07.96, Бюл. №21.-10 с.

47. Пат. 2070761 Российская Федерация, МПК7 H02J3/24. Способ выявления асинхронного режима в энергосистеме / B.C. Пастухов. Опубл. 20.12.96, Бюл. № 35. 4 с.

48. Налевин, А.А. Выявление момента нарушения устойчивости параллельной работы двух энергосистем / А.А. Налевин // Электро, 2002. № 5. - С. 19-21.

49. Шевцов, М.В. Определение эквивалентного сопротивления электроэнергетической системы для устройств дистанционной защиты и определения места повреждения / Шевцов М.В. // Электро, 2002. № 5. - С. 43-44.

50. Дьяков, А.Ф. Микропроцессорная автоматика pi релейная защита электроэнергетических систем / А.Ф. Дьяков. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. -336 е.: ил.

51. Федосеев, A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей / A.M. Федосеев. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 520 е.: ил.

52. Месарович, М. Теория иерархических многоуровневых систем / М. Меса-рович, Д. Мако, И. Такахара. М.: Мир, 1973. - 344 е.: ил.

53. Смирнов, Э.П. О критериях надежности / Э.П. Смирнов // Электричество, 1973.-№5.-С. 24-28.

54. Смирнов, Э.П. Об основных свойствах релейной защиты электроэнергетических систем от коротких замыканий / Э.П. Смирнов, A.M. Федосеев // Тр. Моск. энерг. ин-та, 1974, вып. 199. С. 3-8.

55. Зейлидзон, Е.Д. Основные свойства релейной защиты от коротких замыканий электроэнергетических систем / Е.Д. Зейлидзон, Э.П. Смирнов, A.M. Федосеев // Электричество, 1975. №4. - С. 1-7.

56. Ушаков, И.Н. Эффективность функционирования сложных систем / И.Н. Ушаков // О надежности сложных технических систем. М.: Советское радио, 1966.-С. 26-56.

57. Ушаков, И.А. Оценка эффективности сложных систем / И.А. Ушаков. // Надежность радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1960. - С. 3-8.

58. Надежность технических систем: справочник; под ред. И.А. Ушакова. — М.: Энергоатомиздат, 1985. 608 е.: ил.

59. Вавин, Н.В. О расчетной оценке надежности релейной защиты / Н.В. Ва-вин // Электричество, 1982. № 8. - С.34-39.

60. Барабанов, Ю.А. Расчетная надежность микропроцессорных защит / Ю.А. Барабанов, В.А. Никифоров, А.П. Фомченко // Тр. Моск. энерг. ин-та, 1985, вып. 65. С. 52-55.

61. Комплексный анализ эффективности технических решений в энергетике / Ю.Б. Гук, П.П. Долгов, В.Р. Окороков и др.; под ред. В.Р. Окорокова и Д.С. Щавелева. JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 176 с.

62. Иванов, К.М. Функции и модели функционирования противоаварийной автоматики / К.М. Иванов, B.C. Пастухов // Матер, научн. конф. «Вологдин-ские чтения». Владивосток: Изд-во ДВГТУ. 2002. - С. 36-38.

63. Иванов, К.М. Особенности структуры основных свойств противоаварийной автоматики энергосистем / К.М. Иванов, B.C. Пастухов // Матер, научн.конф. «Вологдинские чтения». Владивосток: Изд-во ДВГТУ. 2002. — С. 3941.

64. Иванов, К.М. Анализ эффективности функционирования локальных устройств автоматики ликвидации асинхронного режима / К.М. Иванов, B.C. Пастухов, В.А. Кислюков и др. // Тр. Дальн. отд-я Рос. инжен. акад. Владивосток: Изд-во ДВГТУ. 2004. - С. 82-85.

65. Никаноров С.П. Системный анализ и системный подход / С.П. Никаноров // Системные исследования. М.: Наука, 1972. - С. 25-28.

66. Голубков, Е.П. Системный анализ и системный подход / Е.П. Голубков // Системные исследования. М.: Наука, 1977. - С. 51-54.

67. Клиланд, Д. Системный анализ и целевое управление / Д. Клиланд, В. Кинг. М.: Советское радио, 1974. - 280 е.: ил.

68. Дружинин, В.В. Системотехника / В.В. Дружинин, Д.С.Конторов. М.: Радио и связь, 1985. - 200 е.: ил.

69. Денисов, А.А. Теория больших систем управления: Учебное пособие для вузов / А.А. Денисов, Д.Н. Колесников. Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-е, 1982.-288 е.: ил.

70. Гоник, Я.Е. Определение критического угла электропередачи для настройки устройств автоматической ликвидации асинхронного режима / Я.Е. Гоник, Л.Н. Медведева// Электрические станции, 2000. -№ 8. С. 31-38.

71. Пат. 2159981 Российская Федерация, МПК7 Н02НЗ/48. Способ автоматического предотвращения асинхронного режима / В.Ф. Александров, Н.С. Гуров, В.Н. Чувычин. Опубл. 27.11.2000. 3 с.

72. Саухатас, А.-С. С. Синтез и оптимизация измерительных органов микропроцессорных устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики линий электропередачи: автореф. дис. на соиск. уч. степени д-ра техн. наук. -М. Новочеркасск: 1991.-38 с.

73. А.с. 1663691 СССР, МКИ3 H02J3/24. Способ выявления асинхронного режима электропередачи / B.C. Пастухов (СССР). Опубл. 15.07.91, Бюл. № 26. 8 с.

74. Иванов, К.М. Алгоритм выявления асинхронного режима в энергосистеме на первом цикле для микропроцессорных устройств / К.М. Иванов, B.C. Пастухов, Д.А. Троянов // Матер, научн. конф. «Вологдинские чтения». Владивосток: Изд-во ДВГТУ. 2003. - С. 45-46.

75. Пат. 2316101 Российская Федерация, МКП Н02Н 3/48, Н02 J3/24. Способ выявления асинхронного режима электропередачи / B.C. Пастухов, К.М. Иванов, В.М. Козлов. Опубл. 27.01.2008, Бюл. № 3. 13 с.

76. Иванов, К.М. Новые принципы автоматики ликвидации асинхронного режима на базе микропроцессорных комплексов в ОЭС Востока / К.М. Иванов,

77. B.C. Пастухов // Энергетик. 2008. - № 12. - С. 7-9.

78. Иванов, К.М. Эффективные алгоритмы локальной автоматики ликвидации асинхронного режима / К.М. Иванов, B.C. Пастухов, Д.А. Троянов и др. // Тр. Дальн. отд-я Рос. инжен. акад. Владивосток: Изд-во ДВГТУ. 2005.1. C. 159-164.

79. Иванов, К.М. Обнаружение угрозы и факта возникновения асинхронного режима в энергосистеме / К.М. Иванов, B.C. Пастухов, Д.А. Троянов // Тр. Дальн. отд-я Рос. инжен. акад. Владивосток: Изд-во ДВГТУ. 2003. С. 53-55.

80. Портной, М.Г. Управление энергосистемами для обеспечения устойчивости / М.Г. Портной, Р.С. Рабинович. М.: Энергия, 1978. - 352 е.: ил.

81. Совалов, С.А. Противоаварийное управление в энергосистемах / С.А. Со-валов, В.А. Семенов. -М.: Энергоатомиздат, 1988.-416 е.: ил.

82. Пат. 2316100 Российская Федерация, МКП Н02Н 3/48, Н02 J3/24. Способ выявления и ликвидации асинхронного режима в энергосистеме устройством автоматики / B.C. Пастухов, К.М. Иванов. Опубл. 27.01.2008, Бюл. № 3.-13 с.

83. Иванов, К.М. Универсальный алгоритм выявления асинхронного режима в энергосистеме для микропроцессорной автоматики / К.М. Иванов, B.C. Пастухов, Троянов Д.А. // Тр. Дальн. отд-я Рос. инжен. акад. Владивосток: Изд-во ДВГТУ. 2004. - С. 77-81.