автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка аналого-цифровых средств защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей

РиСС/ааОлАл АЛАД&Й-Л НАУК

гО ^ СИБИРСКОЕ ОТДК/ЪНИЕ

С4 илБ-^РСгШ ЗоКРГй'Т.иЧьСгСдИ йг1(Л\ЛУТ Их.1. Л.А. ¡ЖШШЪЕБА /

На правах рукописи

Голованов Игорь Григорьевич

УДК 621.311.1,681.326.32

РАЗРАБОТКА АШОГО.-ДгсаРОВЫХ СРБ^СТЬ ЗАцйТЫ п УПРАВЛЕНШ ДЛЯ СлСТЭя ЭЛйКТРОСпАЕКЕй''1л ОТВЕТСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность 05.1<±.02 - алектрическ^е станции / электрическая часть /, сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидат технических наук

ЙРИУГСК - 199?

Работа выполнена в Сибирском унергетическом институте СО РАп. Научные руководители -

кандидат технических наук, доцент ¡и.С. Коновалов! доктор технических наук, профессор Н.И. Воропай

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, гл.н.с.,

профессор а.З. Гамм

кандидат технических наук,

профессор Г.Г. Гоппи

Ведущая организация - Сибирский научно-исследовательский институт энергетики

Задета состоится июня 1997 г. на заседании Специализированного совета дио^.30.и1 по защите докторских диссертаций при Сибирском энергетическом институте СО РАп по адресу: о64033, лркутск - 33, ул. Лермонтова , 130.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского энергетического института.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью учреждения , просим отправлять по адресу: о64033, Иркутск - 33, ул. Лермонтова, 130, учёному секретарю Специализированного совета.

Автореферат разослан 1997 г.

Учёный секретарь Специализированного совета доктор технических наук

А.к. ллер

иЬщАл лАРАлТиРйСГйлл РАЮ ТЫ •

Акт^альность_проблемы. Задача обеспечения надёжного электроснабжения потребителей обычно рассматривается в первую очередь как требование обеспечить бесперебойность электроснабжения промышленных предприятий. Это обусловлено усложнением и автоматизацией технологических процессов, т.е. теми факторами, которые приводят к увеличению ущерба от кратковременных нарушений нормального электроснабжения потребителей, противоаварийные мероприятия, тлеющие целью обеспечить бесперебойность технологических процессов на промышленных предприятиях при кратковременных нарушениях электроснабжения, могут и должны проводиться как на самих предприятиях, так и в системе электроснабжения, причём эти мероприятия должны быть согласованными в системах внутреннего и внешнего электроснабжения.

Научно-технический прогресс требует внедрения высокопроизводительного оборудования в производство, которое, как правило, базируется на элементах вычислительной техники - микропроцессорах / ¡щП /. Требование по обеспечению электроснабжения таких потребителей является чрезвычайно жёстким. К потребителям такого класса, фирма IЬ.« / СшА / предъявляет следующее требование в обеспечении бестоковой паузы : полное отключение электроснабжения в течение не более полпериода тока питающей сети / при /с = ЬО Гц, £„р = Ю"Ю5с /. Такие требования к системам электроснабжения по бестоковой паузе предъявляют не только микропроцессоры , но и ряд оборудования промышленности. Назовём такие потребители ответственными потребителями.

Современные системы прогивоаварийной автоматики / ПА / - автоматическое повторное включение / АГЬ /, автоматическое включение резерва / АЪР /, базирующиеся на традиционной аналоговой элементной базе, не в состоянии полностью обеспечить бестоковую паузу при электроснабжении ответственных потребителей в аварийном режиме /' короткое замыкание /, время срабатывания защиты для сети до 1 кЬ составляет: = и,2 * 0,5 с, {¿п& = 0,2о «■ 0,6 с. Естественно, такие показатели не могут удовлетворить требования по электроснабжению ответственного потребителя. Необходимы качественно новые виды систем 1А / АЛЬ, АВР /, базирующиеся на передовой технологии, позволяющей решить эту проблему. Одним из таких направлении является внедрение в системы 11А / АПБ, АВР/

систем на базе ¡¿П.

Б связи с этим уели_работы заключаются в следующем:

- анализ и обобщение опыта разработки и внедрения, выделения основных аспектов применения в системах ÍÍA / АГВ, АВР / микропроцессоров;

- развитие методики аналитического конструирования систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей на базе Mil ;

- разработка основных требований к комплексам ÍÍA / лПВ, АЬР / на базе ivlil ;

- определение основных аспектов применения математических методов, используемых при анализе и синтезе систем Щ / АПБ, АВР/ на элементах вычислительной техники ;

- разработка системы и алгоритма защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потребителя на базе МП, для реализации режимов Aib и АЬР ;

- исследование разработанной системы и алгоритма защиты и управления при реализации режимов АЛВ и АВР на Цифро-аналого-физи-ческом комплексе / ЦАу?л / СОл üj РАН ;

- определение основных направлений повышения надёжности системы электроснабжения ответственного потребителя при параллельной работе системы защиты и управления для системы электроснабженж ответственного потребителя на базе МП с агрегатами гарантийного питания / AÍTÍ / и другими системами обеспечения надёжного электроснабжения ответственных потребителей.

Мето£Ы_исследования.

Ь основу разработки и обоснования внедрения систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей на базе ivJI положены основные математические методы теории автоматического управления / ТАУ /. Применён подход аналитического конструирования, введённый A.M. Летовым. Ьспользуя основные критерии 1АУ, сформулированы требования к критериям качества разрабатываемой системы / к критериям точности, устойчивости и быстродействия/, которые легли в основу методики аналитического конструирования систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителем на базе МП. При рассмотрении надёжности системы в основу методических положений положены методы теории надёжности для автоматических систем.

Существенной особенностью исследований является подтверждение теоретических расчётов экспериментальными данными, полученных при исследовании разработанной системы и алгоритма защиты и управления для систем электроснабжения ответственного потребителя на дА(ж СЭя СО Ркп. Это подтвердило правильность выбранных методов анализа и синтеза системы защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потребителя.

На_защиту_вшосятся_слещющие_полож

- развитие методики аналитического конструирования систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей на базе микропроцессоров ;

- система и алгоритм защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потребителя на базе микропроцессора ;

- результаты исследования системы и алгоритма на ОДФп С-Л СО РАН,

Ь§КШая_новизна

- сформулированы основные требования к критериям качества и их показателям / точности, устойчивости и быстродействия / для системы защиты и управления системы электроснабжения ответственного потребителя на базе тЛ ;

- получила развитие методика аналитического конструирования систем защиты и управления для систем электроснабжения;

- разработана система и алгоритм защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потребителя, позволяющие расширить возможности ЛА / лЛБ, АВР / по повышению быстродействия защиты в обеспечении надёжного электроснабжения ответственного потребителя.

Практическая_ценность_работы заключается в том, что методика аналитического конструирования систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей позволяет разработать систему с заданной надёжностью функционирования и максимально учесть и реализовать требования, предъявляемые к комплексам ¿1А / аШ, АЬР / электроснабжения ответственных потребителей на базе .'лП.

Разработанная система и алгоритм защиты и управления позволяют обеспечить бесперебойность электроснабжения на базе микропроцессоров в аварийном режиме при коротком замыкании. При параллельной работе с АГП, эта система позволяет снизить

потребную ёмкость химических источников электроэнергии, что снижает стоимость и повышает надёжность систем электроснабжения ответственных потребителей.

Ап^обация_работы_.

Основные положения и результаты диссертации докдадывались и обсуждались на XI сессии Всесоюзного научного семинара " Кибернетика электрических систем " / Абакан, 19о9 г./, на расширенном заседании 4-ой секции Научного совета АН СССР по проблемам надёжности электроснабжения северных районов страны / Норильск, 1ьо9 г./ , научно-технической конференции преподавателей и студентов энергетического факультета " Повышение эффективности и качества систем энергоснабжения районов Восточной Сибири " / Иркутск, лГМ, I9ü9 г./, региональной научно-технической конференции " Повышение эффективности и использования энергии в условиях Сибири " / лркутск, /Шл, 1990 г./, на лл11 конференции молодых учёных Сибирского энергетического института СО АН СССР / ^ркутск, C3íi, 1991 г./, научной-технической конференции " Региональные проблемы повышения качества и экономии электроэнергии" / Астрахань, 199I г./, л научной конференции " Моделирование электроэнергетических систем " / Каунас, 1991 г./

0бъём_и_ст2^кту£а_работы. .диссертация состоит из введения, трёх глав и заключения, изложена на 126 страницах основного машинописного текста с о таблицами и <±0 иллюстрациями.- Работа имеет список используемых источников, содержащих 20В наименований и приложений на 31 странице.

OCnOBriÜ¿ COibrtrAHi^ РАЕуГЫ.

Ьо.введении кратко рассмотрены атрибуты диссертационной работы: актуальность, защищаемые тезисы, практическая ценность, перечень научных конференций, совещаний и семинаров, на которых докладывался материал диссертации, содержание глав и заключения. 6_0§В§22_£5§2§ проведён анализ развития и внедрения систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей на базе ш! и определены задачи диссертации.

вопрос о возможности применения ЭВМ для выполнения е-ун-кции ilA / ЛНЬ, лЬР / был поставлен в конце 60-х годов и связан с опубликованием работ фирмой Vevfíп<>hou.be /' С^А / в 1969 г., а

также с одновременным опубликованием аналогичных исследований йирлой 1лен и йоррисон / Австралия /'. Первые исследования о возможности использования ЭЬг« для целей защиты и управления ?эс в нашей стране относятся к концу оО-х - началу 70-х годов. Выделено шесть этапов развития, каждый из которых внёс определённый практический вклад в создание систем защиты и управления ЗЭС на базе МП. основанием для этого явилось усложнение противоаварий-ного управления ЭЗС, большие возможности цифровых вычислительных средств, таких как :

- синтез более сложных характеристик срабатывания защиты ;

- автоматическое изменение характеристик и параметров устройств в процессе эксплуатации ;

- самоконтроль процессора, памяти и периферийных устройств при их функционировании ;

- контроль входной информации ;

- сокращение и упрощение этапов разработки и сроков проектирования;

- изменение и развитие программ защиты без изменения её технических средств ;

- связь с другими устройствами автоматического и оперативного управления;

- запоминание оперативной информации для последующего анализа работы защиты и автоматики.

и большем мере разработкам систем защиты и управления дЗС на базе вычислительных средств способствовало стремление к однородности структуры управления и унификации применяемого оборудования в АС/ Ти. Важным моментом явилось быстрое развитие и снижение стоимости микропроцессорной техники, так по данным специалистов, стоимость микропроцессоров в среднем падает на 30 % в год.

На основании выполненного анализа развития исследований и разработок в области применения вычислительной техники в системах ¡[А / аЛЬ, нВР / сформулированы задачи диссертации, которые определяются следующими требованиями :

- ростом потребности в системах защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей с целью решения задач обеспечения бесперебойности их электроснабжения ;

- снижения сроков разработки и внедрения систем иА / АПВ, АВР / в системы электроснабжения ответственных потребителей;

- повышения надёжности разрабатываемых систем защиты и управления ;

- повышения быстродействия систем 11А / лиь, АЬ? /;

- снижения их стоимости.

Как следствие, проблема развития традиционных и разра-" ботка новых методов проектирования стали чрезвычайно актуальны.

рассмотрено развитие методики аналитического конструирования систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей на базе Ш. Такие системы относятся к классу аналого-цифровых систем управления / АЦСУ /. АДСУ будем называть автоматическую систему, у которой цифровой части предшествует непрерывное звено, как правило динамическое.

Этап аналитического конструирования является наиболее важным потому, что здесь наряду с основными физическими и электрическими параметрами закладываются надёжностные характеристики системы, определяющие её дальнейшую судьбу. На всех последующих этапах разработки уже невозможно предпринять какие-либо действия, улучшающие при аналитическом конструировании параметры и надёжностные характеристики системы.

Всякие корректирующие конструктивные воздействия, по сути дела, не что иное, как новая разработка, вызванная тем, что какие-либо из факторов, определяющих аналитическое конструирование АЦЦУ, не были реализованы в полном объёме, что в конечном счёте приводит к увеличению сроков разработки и внедрения систем защиты и управления и повышает стоимость разработки и в целом системы. Мето£ика_состоит из следующих составляющих:

I. Анализ рассматриваемой проблемы:

- разработка требований к АцСУ .

II. Анализ и синтез АЦСУ.

I. нормирование требований к критериям качества АцСУ / к критериям точности, устойчивости и быстродействия I. '¿. Выбор математических методов анализа и синтеза.

3. Анализ нцСУ.

- определение точности АцО;

- определение устойчивости АцО ;

- определение быстродействия АцСо1.

4. Синтез Аь,0 .

±11. Определение основных: методов и параметров обеспечения

о

надёжности функционирования Ацй.

¿методика аналитического конструирования систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей на базе мП получила следующее развитие.

а/. ч.-ормлрование требований к показателям критериев качества АцО.

На практике для систем , использующих микропроцессоры, работающих в реальном масштабе времени и в темпе управляемого переходного процесса, берут за основной критерий качества - точность АцО, а устойчивость и быстродействие рассматривают как ограничения. Конкретных параметров для критериев качества систет. ш защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потребителя на базе ьШ нет. Они формулируются для конкретных условий.

- По критерию точности АцСУ: суммарная ошибка управления не должна превышать 10 %. Этот показатель вытекает из требований ПУЭ к системам на. Такое требование связано с надёжностью функционирования защиты, исключением ложного срабатывания.

- По критерию устойчивости АиД/опираясь на опыт предшествующих разработок, для частотного метода взяты показатели запаса устойчивости: по фазе = 30° * 60°, по амплитуде д1(х) = 10 * 1и дь. Ь переходном режиме, запас устойчивости определяется величиной перерегулирования по кривой переходного процесса и составляет =10+30 На практике эти параметры предъявляются для хорошо демпфированных автоматических систем.

- По критерию быстродействия ацС/: для данного критерия нет универсальных оценок и критерий быстродействия формируется из требований, которые предъявляются к разрабатываемой системе. Поэтому для системы защиты и управления для электроснабжения ответственного потребителя на базе ЬШ требование к критерию быстродействия вытекает из требований фирлы 1ЬМ по бестоковой паузе, т.е. : _з

■¿^р<10-1и с.

При выборе математических методов анализа и синтеза необходимо проявлять осторожность при их применении , так как невыполнение ограничений при анализе , обусловленные её функционированием , приводят к ошибкам управления , что нежелательно.

б/. Анализ точности АцСй.

*

Ь монографии Ь.А. Ьесекерского суммарная ошибка управления АцС1у определяется как сумма:

= е§ ч-ег ->■ ел^ * <?чап, где - динамическая ошибка от входного сигнала ;

- ошибка от помехи ;

¿„^ - ошибка от квантования по уровню в аналого-цифровом преобразователе / АдП /;

- ошибка" от' квантования по уровню в цифро-аналоговом преобразователе / иДП

Согласно^теореме Котельникова число отсчётов для идеального восстановления исходного сигнала должно быть бесконечным, т.е.:

где , , а*М.о , при , так

называемый конечный или шинитивный спектр сигнала . Реально используется конечное число отсчетов что вызывает погрешность усечения гус«г . Поэтому суммарная ошибка должна быть записана с учётом ошибки дискретизации ^че.:

е^с. ~-/ег\и +<?£ ' /3/

где - ошибка наложения. Тогда:

/9 /4/

в/. Устойчивость АцСУ.

из !ГАУ известно, что если автоматическая система имеет разомкнутый контур и состоит из устойчивых элементов, то такая автоматическая система устойчива и исследование устойчивости не выполняется, для АЦСУ данный вывод не приемлем, и при разомкнутом контуре анализ устойчивости необходим по следующим причинам:

- при использовании корректирующих программ для повышения точности Ащ&, реализуемых с помощью непосредственного,

*-/ ¡Микропроцессорные системы автоматического управления. - м.: Машиностроение. 19ьо. - Зоэ с.

последовательного и параллельного программирования ;»1П;

- при введении корректирующих устройств, таких как УБл / устройство выборки и хранения/;

- при учёте гармоник входного сигнала, используя фильтры или алгоритмы, выделяющие необходимую составляющую гармоники входного сигнала при измерении.

г/. Синтез АДСУ.

АцСУ нельзя рассматривать как обобщённый импульсный фильтр с входными и выходными сигналами в виде решётчатых функций времени. Выходной сигнал АдСУ зависит от значений входного сигнала в любой момент непрерывного времени, а не только в тактовых точках £ = п Т • Эго вызывает необходимость выделения АдСу в отдельную группу и применения специальных методов исследования. С этой целью для обеспечения заданных критериев качества Адиу необходимо введение с/нтеза цифровой части АДСУ. Поэтому при выполнении синтеза с общей, частной задачей необходимо выполнить синтез цифровой части АдСУ.

д/. Надёжность нд&.

Надёжность современных систем электроснабжения является основной характеристикой качества её функционирования. Для обеспечения надёжности систем электроснабжения решается большой комплекс задач на различных уровнях территориальной и временной иерархии управления. Одним из требований в обеспечении надёикгсти системы электроснабжения заключается в обеспечении технической надёжности элементов и устройств управления системы электроснабжения и рациональных способов их эксплуатации. Поэтому пути повышения надёжности систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей на базе ¡уШ определяются следующими направлениями:

- первое направление охватывает методы аналитического конструирования разрабатываемой системы ;

- второе связано с повышением надёжности элементной базы системы,

- третье направление .связано с введением новых методов контроля, диагностики и эксплуатации системы, подготовки обслуживающего персонала.

Первое направление позволяет обеспечить на этапе разработки создание АДСУ с заданной надёжностью. Второе направление

позволяет на этапе производства АЦСУ заложить требуемые показатели надёжности системы, и третье направление позволяет обеспечить надёжность функционирования А>;СУ в период назначенного ресурса системы. На практике надёжностные характеристики системы закладываются на этапе аналитического конструирования при синте-^ зе Ац£у. л таким характеристикам относят оперативные показатели надёжности, формируемые на основании требований, предъявляемых к системе защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потребителя. К оперативным показателям относят показатели точности , устойчивости и быстродействия. Синтезируя параметры разрабатываемой системы, можно получить необходимые оперативные показатели надёжности. Основным техническим показателем надёжности функционирования АЦС/ является вероятность безотказной работы системы, которая определяется функциональной схемой и параметрами разрабатываемой системы , получаемых при синтезе АЦСУ.

§_третьей_главе даны результаты исследования разработанных системы и алгоритма защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потребителя на базе ^П на ДАлл Сем СО РАН. Выполнена оценка надёжности разрабатываемой системы защиты и управления системы электроснабжения ответственного потребителя на базе ;иП.

Защита ответственных потребителей от провалов напряжения в результате короткого замыкания в системе электроснабжения, которые влияют на работу ответственных потребителей решаются агрегатами гарантийного питания . Но когда необходимо обеспечить бесперебойность электроснабжения цеха, предприятия, использующих роботы или другие ответственные потребители, возникает ряд проблем с применением АГП, которые обусловлены:

- высокой стоимостью : для химических источников электропитания, АГП статического типа требуют: затраты на дополнительные поме. щения, применения кислотоупорных красок, термостабилизацию от

+ 10° С до +2с° С, отвод водорода, его нейтрализацию и т.д. Также необходимы дополнительные затраты на эксплуатацию электромашинных АГП.

- низкая надёжность: в мировой практике к установкам АГП предъявляется требование, чтобы средняя наработка между отказами находилась, в зависимости от возникающего при отказе ущерба, в

пределах от 105до 10?час. Однако у одиночного электромашинного АГП эта величина находится в пределах от 2 до о лет, поэтому часто предусматривается параллельная работа, двух одинаковых агрегатов, показатели для одиночных статических блоков АГП из-за сложного устройства несколько ниже,чем у электромашинных. Так, средняя наработка между отказами обычно не превышает I год, а иногда может быть и ниже, для достижения высокой надёжности требуется параллельная работа,взаимно резервирующая работа не менее трёх блоков, что существенно удорожает систему.

Ь этой ситуации использование систем защиты и управления для систем электроснабжения ответственных потребителей на базе ¡.¡х1 имеют существенные преимущества по ряду причин:

- не требуют дополнительных расходов на эксплуатацию ;

- не требуют дополнительных помещений для размещения ;

- имеют более высокую надёжность, так как используют системы автоматического контроля и поиска неисправности ;

- более низкая стоимость по сравнению с АГП ;

- высокая технологичность.

Основными задачами, требующими решения в процессе разработки систем защиты и управления для системы электроснабжения ответственных потребителей при решении задач АНЬ, АЗР, являются:

- обеспечение выполнения служебной функции ;

- создание технологичной конструкции.

Обеспечение выполнения служебной функции является весьма многофакторным требованием, которое подразумевает создание системы с заданными функциональными возможностями в отношении круга решаемых задач с необходимой точностью и быстродействием, с возможностью работать в заданных условиях эксплуатации, надёжности, габаритных размерах ) массе.

Под технологичностью конструкции какого-либо объекта понимается совокупность свойств конструкции, обеспечивающих оптимальное сочетание затрат труда, средств, материалов и времени при технической реализации системы.

1^икл разработки и исследования проектируемой системы состоит из разработки требований пользователя, преобразование ьтих требовании в функциональную спецификацию системы, создание описания системы на языке программирования, конвертирование проекта в аппаратно-программную реализацию, объединение частей

хЗ

проекта, его отладка и проверки правильной работы. По такому плану была выполнена разработка системы защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потреоителя на базе мы её исследования на ц/ы< С ¿л СО РАи.

при разработке системы защиты и управления для одС ответственных потребителей был выполнен синтез с оощей задачей л синтез цифровой части системы. При выполнении синтеза с общей задачей была получена функциональная схема разрабатываемой, системы защиты и управления / рис. 1 / и структурная схема АдСУ, для выполнения анализа и синтеза /рис. ¡¿./, определены параметры , необходимые для разработки проектируемой системы, и способы реализации выбранной структурной схемы системы. При выполнении синтеза цифровой части системы были.получены следующие результаты:

- при выборе периода дискретности Т приходится находить компромиссное решение следующих противоречивых требований.

а/. Чрезмерное уменьшение величины Т при определённом быстродействии микропроцессора ограничивает допустимую сложность алгоритма управления, который выполняется в реальном масштабе времени и на каждом такте должен быть выполнен за время, не превышающее Т. б/. Увеличение значения I приводит к возрастанию информационных потерь при квантовании непрерывного сигнала и в конечном счёте ухудшает качество управления.

для этой цели выполнено исследование значений постоянной времени трансформатора тока и его соотношения с периодом дискретности , как теоретически , так и экспериментально на дА^.-С. ¿{ак показали исследования, Т должно быть:

Г£ 0,бТгг /5/

где Ттт - постоянная времени трансформатора тока, с;

- разрядность АЦП и дАП для решения задач защиты и управления для систем электроснабжения ответственного потребителя должна быть от 8 до 24 ;

- назначение требований к разрядной сетке микропроцессора:

- разрядность входных и выходных преобразователей информации, а также диапазон представления чисел в микропроцессоре должны быть большим и соответствовать друг другу;

- следует добиватьс.- максимального заполнения разрядной сетки

преобразователя и микропроцессора введением рационального масштабирования;

- разрядность АДП следует выбирать таким образом, чтобы его погрешность квантования была бы меньше статических и динамических ошибок датчиков ; •'.".-

- разрядность ЦАП целесообразно задавать такой, чтобы изменение управляющего сигнала на один шаг квантования вызвало после прохождения через непрерывною часть системы изменение кода

в преобразователе непрерывной величины в код на единицу младшего разряда.

для реализации режимов АаБ, АЬР был разработан алгоритм защиты и управления для системы алектроснабжения ответственного потребителя / рис, 3/. Сформулируем требования к алгоритмам, реализующим режимы АЛЬ, дЬР электроснабжения ответственных потребителей:

- минимальное время реакции алгоритма на аварийный режим, что связано с уменьшением последствий определяемого аварийного режима ;

- работа алгоритма в реальном масштабе времени, обработка изме- , ряемых сигналов быстропротекающих электромагнитных процессов в темпе их изменения;

- возможность автономного режима работы технологических алгоритмов, повышающая их надёжность функционирования при отказе верхних уровней ПА ;

- оперативный контроль / например двойной счёт / , проводимый непосредственно перед выполением управляющих воздействий и защищающий алгоритм от сбоев ;

- формирование сообщений о действиях защиты и , при необходимости, параметров сигналов, вызвавших эти действия, для последующего анализа работы системы ПА.

Разработанный алгоритм защиты и управления настроен на определение ¿акта наличия короткого замыкания в защищаемой линии путём определения характера изменения тока и напряжения одноимённой фазы, так как при коротком замыкании характерным признаком является тенденция к росту тока и падению напряжения в аварийной линии. Следует отметить , что для повышения надёжности Функционирования алгоритма, исключения ложного срабатывания в алгоритм введён режим двойного сч^та. При определении алгоритмом наличия короткого замыкания в защищаемой линии управляющий

сигнал не подаётся на отключение, а выполняется режим АГБ, то есть повторный анализ состояния защищаемой линии, только после подтверждения о наличии короткого замыкания линия отключается и ответственный потребитель переводите* на резерв /режим АВР /. при этом необходимо отметить, при выполнении режима АЬР необходимо обеспечить фазность включения резерва, для этой цели применяются так называемые сервисные алгоритмы и системы, которые на практике хорошо апробированы.

При исследовании разработанной системы и алгоритма защиты и управления на отрабатывались следующие задачи:

- апробация результатов , полученных с помощью методики аналитического конструирования систем защиты и управление дл,1 системы электроснабжения ответственных потребителей;

- проверка работоспособности системы и алгоритма защиты и управления ЭоС ответственного потребителя ;

- исследование системы и алгоритма при реализации режимов АШ

АзР с использованием вычислительной техники ЦАлл СЭ.-: СО РАН. исследование алгоритма защиты и управление выполнялось на дАъУа для небольшой нагрузки от 250 до оОО Ьт, т.е. компьютерной нагрузки, лотя разработанный алгоритм позволяет обеспечить работоспособность и при более высоких значениях нагрузки. при этом необходимо произвести:

- учёт гармоник входных сигналов ;

- учёт характера нагрузки ;

- ограничения по коммутационным таристорным ключам.

Также необходимо отметить, что ответственные потребители для обеспечения своих потребностей в электропитании используют источники вторичного электропитания / ^¿ЗП /'. Как показывает практика, ,юои ответственных потребителей выполняются по безтрансформаторным и трансформаторным схемам, для трансформаторных гшЛН, при подключении ответственного потребителя к системе электроснабжения, для исключения ложного срабатывания системы защиты и управления, алгоритм предусматривает введение зоны нечувствительности на период подключения нагрузки.

Апробация результатов методики аналитического конструирования системы защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потребителя заключалась в анализе значений параметров, полученных при синтезе с требованиями критериев

О С; Л/шАл Л,ллл РъЗс.РЪиАл

илЫ ПиХР^-Гг^'Ш ТТ - трансформатор тока, ТН - трансформатор напряжении.

Рис. I. функциональная схема системы защиты и управление ЗЭС на базе микропроцессора.

I ^м

№

^тг (р)

^ Г«]

ч/Ч)

Рис.2- Структурная схема АЦСУ.

x v

Рис. 3. Алгоритм защиты и управления ЭЭС.

качества лцСлУ и исследовании работоспособности разработанной системы защиты и управления на щАМ СЭ>: Со РАН.

Требования по точности , устойчивости и быстродействию, как отмечалось выше, являются основными оперативными показателями надёжности функционирования системы, которые сформируются на основании требований , предъявляемых к разрабатываемой системе, /^ля этой цели были выполнены следующие исследования на ЦА^К :

- определение быстродействия тиристорного коммутационного ключа;

- определение постоянной времени трансформатора тока ;

- исследование работоспособности системы защиты и управления в режимах Аш л АЪР ;

- у «следование работоспособности системы в зависимости от г^азы короткого замыкания .

;{ак показал расчёт точности АцСУ, проведённый на основании методики аналитического конструирования , суммарная ошибка управления составила I,в л < 10 % , что в теоретическом плане является гарантией исключения ложного срабатывания. Для проверки этого показателя с практической стороны было проведено исследование работоспособности системы и алгоритма защиты и управления ЭЭС ответственного потребителя на дАи>л с использованиеисхе-мы изменения газы короткого замыкания.

изменяя сазу короткого замыкания, было выполнено исследование работоспособности системы и алгоритма путём осциллогра^и-рования переходных процессов в режимах и АЬР по следующим направлениям :

- в точках прохождения синусоиды через нуль, так как большинство алгоритмов защиты и управления / управление по первой производной с определением знака производной / не чувствительны в точках нуль синусоиды ;

- на отрицательных спадах синусоиды. Этот режим является "тяжёлым " для многих алгоритмов защиты и управления.

лак показали исследования , разработанная система и алгоритм успешно справились с этой задачей.

Разработанная система и алгоритм защиты и управления предполагает работу в реальном масштабе времени в темпе переходного

процесса. С этой целью для исследования устойчивости АцСу на идал выполнялось реальное однофазное короткое замыкание с осцил -лографированием переходных, процессов в режимах АПи а АБР. Переходную составляющую тока, возникающую в результате короткого замыкания, можно рассматривать, с точки зрения ТАУ, как действие единичной ступенчатой функции на автоматическую систему. Поэтому возникает вопрос об устойчивости АЦС^.

Как показывает расчёт, выполненный на основании методики аналитического конструирования, запас устойчивости составил: по фазе лЛ\)=42°, 30^ ¿УЭД^ 60°, по амплитуде &■№) = 15 дь , Ю дЬ^д/Д) 15 IV- Ь переходном режиме устойчивость АДСУ определяете.- по кривой переходного процесса, при воздействии единичной ступенчатой функции запас составил сз^,,. = 12,75 5о , Ю > 4 с¿-клр £ 30 ?о. Полученные результаты устойчивости АцС/ с помогаю методик», аналитического конструирования гарантируют устойчивость системы защиты и управления ;-ЭС ответственного потребителя в аварийном режиме работы, реализуя режимы А>Ь и АБР. -^тот вывод был подтверждён при исследовании работоспособности системы и алгоритма защиты и управления на ДАа-л.

Быстродействие системы защиты и управления определялось на пу-тё.'-: реализаци.< ре.-..;;.лов АнЬ и АЬР с осциллографлрова-нием переходных процессов, время управления составило = 1,15-103с , = 1,1о-103с. Быстродействие АцСу определялось теоре-

тически с помощью методики аналитического конструирования и составило ¿впь = ¿лир = 1,149*103с. Полное время управления = 2,3 1.0 с 10-103с.

Поэтому , полученные результаты быстродействия разработанной системы и алгоритма защиты и управления удовлетворяют требованипы по обеспечению надёжного электроснабжения ответственных потребителей на базе МП.

идним из основных показателей надёжности системы защиты и управления 300 на базе является вероятность безотказной работы, ¿ля определения вероятности безотказной работы выполнен ориентировочный расчёт вероятности, который осуществлялся, когда ещё нет полных данных о условиях работы разрабатываем мой системы, но уже известны структура системы, состав элемен-

ZI

tob и связь между ними, хшк показал расчёт, вероятность безотказной работы составила рь = 0.9973, что является хорошим показателем для данного класса систем.

Разработанный вариант системы защиты и управления ЭЯС ответственного потребителя на базе iviü объединяет в себе системы AiEj а Aüf, что позволяет расширить возможности систем защиты и управления в обеспечении бесперебойности электроснабжения ответственного потребителя, а именно:

- повышает быстродействие защиты и управления ЭЗС ответственных потребителей j

- повышает надёжность систем защиты и управления ЭЭС ответственных потребителей в обеспечении бестоковой паузы.

Следует отметить, что предлагаемый вариант системы защиты и управления -ЬС ответственного потребителя на базе ¡«Л не является альтернативой для существующих систе..-: гарантийного питания ответственных потребителей. Системы защиты и управления ЭЭС на оазе ¿in при параллельной работе с АГП различных уровней позволяют :

- снизить потребную ёмкость химических источников электропита-

ния АГП, что снижает их стоимость повышает надежность;

- повысить надёжность АГП электромашинного типа, управляя коммутационным;: ключами данного АГП ;

- позволяет управлять работой защищаемого процессора путём выработки упреждающих сигналов в аварийных ситуациях , то есть остановка процессора, в которой процессор может находится длительное время, а подключать к АГП только ujj статического типа, что снижает потребную мощность Ai'ii.

Осндвные_рез^'льтаты_работы .

I. выполнен анализ и обобщение опыта разработки и внедрения, выделены основные аспекты применения микропроцессоров в систе- " мах m /.'UU, наг / электроснабжения ответственных потребителей . выделено шесть этапов исследования и разработки систем защиты и управления ¿ЗС на базе вычислительной техники, каждый из которых внёс определённый вклад во внедрение микропроцессоров в системы защиты и управления оЗС. ¿. Получила дальнейшее развитие методика аналитического конструирования систем защиты и управления для систем электроснабже-

ния ответственных потребителей на базе макропроцессоров. Огор-мул/^ованы основные требования к показателям качества / критериев точности, устойчивости и быстродействия/ АцСУ. Определены основные математические методы л ограничения, действующие на математические методы при выполнении анализа и синтеза АЦСУ. 3. ипределены основные направления повышения надёжности системы электроснабжения ответственных потребителей. Рассмотрены основные аспекты повышен/я надёжности систем защиты и управления ЭЗС ответственных потребителей, реализующих АцЗ .; АаР с введением в процесс управления микропроцессоров, па основании синтеза с общей задачей л синтеза цифровой части АдСУ, получена структурная схема системы защиты и управления для системы электроснабжения ответственного потребителя на базе микропроцессора и выполнена разработка этой системы с последующем исследованием её на ДА^л СЗк Си РАН. 3. Разработан алгоритм защиты и управления для системы;, электроснабжения ответственного потребителя на базе микропроцессора и выполнено исследование его работоспособности при реализации регымов ¡иЪ и лЬР на дАлл 03,; Си Ран. 6. исследования показали работоспособность системы и алгоритма защиты и управления при реализации режимов А1Б и АЪР в системе электроснабжения ответственного потребителя при коротком замыкании, что подтвердило правильность выбранных методов анализа и синтеза, лежащих в основе методик* аналитического конструирования.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

I. Коновалов ¡и.о., Голованов ы.Г. использование микропроцессоров в системах электроснабжения. XI сессии Всесоюзного научного семинара " Кибернетика электрических систем ", - Абакан, с. 36.

¿. Коновалов Ю.С., Голованов ,_.Г. использование микропроцессоров в системах автоматики и защиты для повышения надёжности электроснабжения.// материалы расширенного заседания 4-ой секцйл паучного совета Ап ООсР по проблемам надёжности и оезопасности электроснабжения северных районов страны. - Норильск, 1УсЬ, с. 91 ъЗ.

■¿ö

3. Голованов ,:.Г., Коновалов iü.G. ¿использование микропроцессоров в системах электроснабжения ответственных потребителей. // Материалы лли конференции молодых учёных Сибирского энергетического института Си АН СССР. - Иркутск, СЗЙ, IS9I, - 50 с.

4. Голованов ¡..Г., пЬновалов iü.G., Головщиков о.О. ъикропроцес-соры в системах оездугового отключение цепей переменного тока. // Материалы научно-практической конференции " Региональные проблемы повышения качества и экономии электроэнергии".

- Астрахань, i99I, -с. ¿0 * ¿1. 6. Голованов л.Г., Коновалов ю.С. ¡микропроцессоры в системах бездугового отключения цепей переменного тока. // Материалы X научной конференции " моделирование электроэнергетических систем". - Каунас, 1991, - с. vV.