автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка и исследование импульсного метода контроля угла между векторами напряжений по концам электропередачи

Введение

Глава I. Методы контроля угла электропередачи.

1.1. Статический режим работы электропередачи . . •

1.2. Динамический режим работы электропередачи

1.3. Анализ методов контроля угла.

Выводы.

Глава 2. Минимизация угловых погрешностей от несинусоидальности контролируемых напряжений в энергосистемах

2.1. Постановка задачи.

2.2. Фазовые погрешности измерительного трансформатора напряжения.

2.3. Влияние высших гармонических составляющих напряжения промышленной частоты.

2.4. Полная фазовая погрешность с учетом влияния трансформатора напряжения.

2.5. Способы минимизации фазовой погрешности для различных режимов работы электропередачи

Выводы.

Глава 3. Импульсный метод контроля угла электропередачи

Выводы.

Глава 4. Выбор типа сложного сигнала

4.1. Характеристика сложных сигналов.

4.2. Требования и критерии для выбора типа сложного сигнала.

4.3. Анализ спектров сложных сигналов.

4.4. Выбор формы сигналов по корреляционным характеристикам. Структурные помехи.

Выводы.

Глава 5. Структура операций приемника и его помехоустойчивость

5.1. Постановка задачи. Учет помех от аппаратуры

Ш каналов.

5.2. Прием сложного сигнала в условиях помех от коронирования ВЛ.

5.3. Прием сложного сигнала в условиях помех от дуги КЗ и коммутационной аппаратуры.

Выводы.

Глава 6. Учет искажения сигнала в Ш трактах по ВЛ.

Структура операций при совокупном действии всех видов помех.

6.1. Учет влияния искажений, вызванных прохода- . нием сигналов по Ш трактам на ВЛ.

6.2. Структура операций приемника при совокупном действии всех видов помех.

Выводы.

Глава 7. Исследования распространения сложных радиоимпульсных сигналов и расчет параметров аппаратуры контроля угла электропередачи . •

7.1. Учет особенностей спектральных характеристик

7.2. Схема подключения устройств контроля к ВН. Особенности расчета распространения выбранных сигналов по ВЛ.

7,3. Методы повышения помехостойкости системы передачи угла.

Выводы.

Глава 8. Экспериментальные исследования и вопросы внедрения аппаратуры контроля угла электропередачи

8.1. Проверка корректности основных соотношений, связанных с распространением сложных радиоимпульсных сигналов.

8.2. Возможности методики по точности и быстродействию измерения угла электропередачи . . •

Ейводы.

Развитие 13диной энергосистемы СССР характеризуется, наряду с ростом генерируемых и передаваемых мощностей, строительством системообразующих ВЛ напряжением 500-750 кВ и линий электропередачи ультравысоких напряжений. Это, в свою очередь, вызывает ужесточение требований к системам противоаварийного управления режимами электропередач. Важнейшим параметром режима электропередачи является угол между векторами напряжений по ее концам.

Используемые в настоящее время методы и устройства контроля этого угла (ниже угла электропередачи) не имеют запасов на дальнейшее ужесточение требований к системам противоаварийного управления и не могут по качественным показателям служить основой создания средств проверки и наладки используемых в эксплуатации устройств. Поэтому актуальной является задача повышения точности, быстродействия и достоверности контроля угла электропередачи, создания образцового устройства контроля, по которому можно было бы проверять устройства, находящиеся в эксплуатации в настоящее время.

Представленная диссертационная работа и посвящена решению этой задачи.

Цель диссертационной работы: исследования и разработка нового метода контроля угла электропередачи, обеспечивающего повышение точности, быстродействия и достоверности контроля.

Основой предложенного в диссертации метода является телепередача углового параметра с одного конца электропередачи на другой ее конец с помощью сложных радиоимпульсных сигналов. Передача таких сигналов по ВЛ теоретически рассматривается и экспериментально исследуется впервые.

В диссертационной работе защищаются следующие основные положения:

1. Повышение качественных показателей контроля угла электропередачи: точности, быстродействия и достоверности контроля может обеспечить предложенный и разработанный метод, основанный на телепередаче угловых координат с помощью радиоимпульсных сигналов.

2. Существенное сокращение погрешности отсчета угловой координаты из-за не синусоидальности напряжений промышленной частоты можно обеспечить предварительным интегрированием контролируемых линейных напряжений.

3. Наиболее целесообразно осуществлять телепередачу угла с помощью сигналов типа амплитудно-манипулированной усеченной М-последовательности радиоимпульсов.

4. Близкой к оптимальной в условиях помех от коронирования ВЛ, дуги КЗ и действия коммутационной аппаратуры на подстанциях является следующая структура приемника для системы контроля угла электропередачи: система ШОУ (широкополосная фильтрация, ограничение амплитуды, узкополосная фильтрация), детектирование огибающей, бинарное квантование уровня, временное квантование, цифровая корреляционная обработка, цифровой пороговый каскад.

5. Расчеты параметров системы телепередачи угла следует осуществлять на основе разработанных в диссертации методов и выведенных расчетных формул. При этом можно обеспечить высокую вероятность сохранения контроля при одно- и двухфазных КЗ на электропередаче.

6. Заполненные эксперименты и опытная эксплуатация разработанного и изготовленного образца устройства контроля угла электропередачи подтверждают теоретические положения и целесообразность использования устройств в энергосистемах.

Выводы

1. Экспериментальные данные по затуханию и искажению сложных радиоимпульсных сигналов отражают достаточную близость с теоретическими соотношениями, отличаясь от расчетных не более чем на 3 дБ.

2. Разработанная аппаратура контроля угла электропередачи отвечает требованиям, которые следует предъявлять к устройствам, осуществляющим проверку серийных измерителей угла.

Заключение

Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке нового метода контроля угла между векторами напряжений по концам электропередачи. Целью его разработки явилась необходимость повышения точности, быстродействия и достоверности контроля по сравнению с известными методами, что вызывается требованиями к периодической проверке серийных устройств и задачами совершенствования средств противоаварийного управления.

В диссертационной работе показано:

1. Необходима оценка качественных показателей (точности, быстродействия и достоверности) контроля угла между векторами напряжений по концам передачи, объективно отражающего режимы энергосистем.

2. Известные методы контроля угла электропередачи по своим качественным показателям не могут обеспечить создание средств для проверки и наладки применяемых устройств, не являются перспективными для дальнейшего ужесточения требований по контролю угла в системах противоаварийного управления. Обращено также внимание на целесообразность контроля производной

3. Для радикального снижения погрешностей фиксации угловых координат за счет несинусоидальности напряжения промышленной частоты целесообразен предложенный в диссертации способ предварительного (до компарирования) интегрирования контролируемых линейных напряжений.

4. Контроль угла электропередачи с помощью предложенного в диссертации метода, основанного на телепередаче вдоль ВЛ сложных радиоимпульсных сигналов, обеспечивает существенное повышение точности, быстродействия и достоверности контроля. Достижимы максимальные погрешности не более 1-3° и быстродействие измерения не хуже 20 мс (I период промышленной частоты) при вероятноо с сти ложных измерений 10~° и пропуска измерений 10 .

5. При любом направлении мощности на электропередаче и любом значении контролируемого угла он может однозначно автоматически фиксироваться по алгоритму, зависящему от последовательности во времени трех событий: момента окончания принимаемого сигнала и моментов фиксации фаз "0" и "J\" (положительного полупериода) напряжения промышленной частоты приемного конца.

Должна автоматически вводиться подстройка масштабного коэффициента преобразования временных интервалов в углы по мере изменения частоты в энергосистеме.

6. Решающую роль при выборе критериев сравнения и типа сложного сигнала для передачи угловых координат играют особенности Ш трактов по ВЛ и их воздействие на автокорреляционные характеристики принимаемого сигнала.

Разработанный метод получения автокорреляционных характеристик позволяет учитывать информационную роль пассивных пауз аш-литудно-манипулированных сигналов.

7. Для передачи угловых координат по Ш трактам на ВЛ целесообразно использовать сигналы в виде усеченной М-последователь-ности амплитудыо-манипулированных радиоимпульсов'.

С помощью изменения числа элементов последовательности N можно регулировать соотношения мевду полосой частот, точностью, достоверностью и быстродействием измерений.

Предпочтительные параметры последовательности: /\/ = 15, 31, 63; длительность элемента Т0 = (55+1,5) мкс; (III+3) мкс; A-f = = 18, 10 и 5 кГц.

8. Близкой к оптимальной в условиях помех от коронирования ВЛ, дуга КЗ, действия коммутационной аппаратуры на подстанциях и искажения сигналов в Ш трактах по ВЛ является следующая структура приемника для системы контроля угла электропередачи: ШОУ (широкополосное усиление, ограничение, узкополосное усиление), детектирование огибающей, бинарное квантование уровня, временное квантование, цифровая корреляционная обработка, цифровая пороговая фиксация наличия сигнала.

9. Выбранные для телепередачи угла сложные сигналы по сравнению с последовательностью простых радиоимпульсных сигналов обладают при прочих равных условиях преимуществами не только по быстродействию, но и по помехостойкости при реализации согласованных фильтров на основе дискретных элементов.

В диссертации выполнен вывод расчетных соотношений и обоснован метод расчета всех основных параметров системы контроля угла электропередачи, включая расчеты трактов по ВЛ.

Поскольку передача сложных радиоимпульсных сигналов по ВЛ рассматривается и исследуется впервые, предложенные расчетные методы мо1ут представлять интерес и для других устройств, например, устройств для определения мест повреждения ВЛ.

Рассмотрены также различные варианты подключения устройств контроля к проводам ВЛ и условия, возникающие при КЗ на электропередаче, и даны рекомендации для проектирования.

Вшошешые на реальных ВЛ эксперименты подтвердили основные положения работы.

Осуществлены разработка структуры системы контроля угла и образца аппаратуры. Аппаратура находится в опытной эксплуатации на электропередаче системы социалистических стран "Дружба" на ВЛ

400 кВ. Результаты испытаний и опытной эксплуатации образца устройства подтверждают целесообразность применения таких устройств в энергосистемах главным образом для проверки устройств более низкой точности, а также и в ряде случаев в качестве устройств контроля для дальних электропередач, требующих быстродействующего измерения. Область использования разработанных устройств будет корректироваться по мере накопления опыта эксплуатации.

1. А.с. 1.698I (СССР). Устройство для отключения агрегатов электростанции по углу передачи / В.Г.:.Киракосов, Я.Н. Лугинс-кий, М.Г. Портной. - Опубл. в Б.И., 1967, № 12.

2. А.с. 769677 (СССР). Устройство для проверки исправности отключенной высоковольтной линии электропередачи / Л.И. Брауде, В.П. Коваленко, В.М. Стрелков и др. Опубл. в Б.И. , 1980, № 37.

3. А.с. 790057 (СССР). Способ контроля состояния линии электропередачи с изолированными проводами в расщепленной фазе и устройство для его осуществления / Л.И. Е^ауде, В.П. Коваленко, Г.В. Микуцкий и др. Опубл. в Б.И., 1980, № 47.

4. А.с. 807445 (СССР). Устройство противоаварийной автоматики для сохранения устойчивости параллельной работы разветвленных энергосистем / М.А. Беркович, А.Н. Комаров, В.В. Нехаев. -Опубл. в Б.И., 1981, № 7.

5. А.с. 884032 (СССР). Устройство противоаварийной автоматики энергосистем / Т.В. Колонский. Опубл. в Б.И., 1981, № 43.

6. А.с. 928526 (СССР). Устройство для пуска противоаварийной автоматики / М.А. Беркович, Л.И. Брауде, В.П. Коваленко,

7. A.Н. Комаров, В.В. Нехаев, Г.М. Шалыт. Опубл. в Б.И., 1982, № 18.

8. А.с. 970561 (СССР). Способ получения производной угла электропередачи или генераторов станции / К.А. Бринкис. Опубл. в Б.И., 1982, № 40.

9. А.с. I0I4092 (СССР). Способ пуска системы противоаварийной автоматики и устройство для его осуществления / Л.И. Брауде,

10. B.П. Коваленко, Г.М. Шалыт. Опубл. в Б.И.,

11. Азарьев Д.И. Математическое моделирование электрическихсистем. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962.

12. Алексеева В.Г. Расчет формы сигналов. Л.: Энергия, I960. 296 с.

13. Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1957.

14. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1969. 424 с.

15. Барк Л.С., Болыпев Л.Н., Кузнецов П.И. Таблицы распределения Релея-Райса. М.: ВЦ АН СССР, 1964.

16. Бессонов А.А. Линейные электрические цепи. М.: Высшая школа, 1968.

17. Быховский Я.Л. Основы теории высокочастотной связи по линиям электропередачи. М-Л.: Госэнергоиздат, 1963. 184 с.

18. Бринкис К.А., Семенов В.А. Делительная автоматика от асинхронного хода. Электрические станции, 1969, № 3, с. 84-85.

19. Быховский Я.Л. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. М.: Энергия, 1969.

20. Быховский Я.Л., Кафиева К.Я. Высокочастотная связь в энергосистемах. М.: Энергия, 1974.

21. Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов. М.: Советское радио, 1970. 376 с.

22. Васин В. В., Степанов Б.М. йгсодные сигналы радиотехнических устройств при оптимальной фильтрации. М.-Л.: Энергия, 1967. 144 с.

23. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высшая школа, 1970. 472 с.

24. Винокуров В.И., Ваккер Р.А. Вопросы обработки сложных сигналов в корреляционных системах. М.: Советское радио, 1972.

25. Глазунов А.А. Электрические сети и системы. М.-Л.: Гос-энергоиздат, I960.

26. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 1971.

27. Гоноровский И.О. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 1963. 695 с.

28. Горяинов В. Т. Требования к точности тактовой синхронизации в системах передачи двоичной информации. Изв. вузов. Сер. Радиотехника, 1970, т. 13, Jfc 7, с. 787-798.

29. I^pob B.C. Емельянов Г.А., Етрухин Н.Н. Передача дискретной информации и телеграфия. М.: Связь, 1969 . 560 с.28. 1^ткин Л.С. Теория оптимальных методов радиоприема при флнжтуационных помехах. М.: Советское радио, 1972. 446 с.

30. Диксон Р.К. Широкополосные системы. М.: Связь, 1979. 301 с.

31. Дымков A.M. Трансформаторы напряжения. М.-Л.: Госэнерго-издат, 1963. 192 с.

32. Дымков A.M. Расчет и конструирование трансформаторов. М.: Высшая школа, 1971. 264 с.32. $цанов П.С. Устойчивость электрических систем. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1948.

33. Жежеленко И.В. Ейсшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергия, 1974. 184 с.

34. Луховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б. Теоретические основы электротехники. Ч. П. Четырехполюсники, длинные линии, нелинейные цепи. М.-Л.: Энергия, 1965. 240 с.

35. Заездный A.M. Основы расчетов по статистической радиотехнике. М.: Связь, 1969. 447 с.

36. ЗБ. Знжо А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. М.: Связь, 1969. 320 с.

37. Иофьев Б.И. О сравнении эффективности трехфазного и по-фазного АПВ на одиночной линии и на двух параллельных линиях. -В кн.: Релейная защита и автоматика энергосистем: По материалам Энергосетьпроекта. М.-Л.: Энергия, 1966, с. 81-95.

38. Иофьев Б.И. Автоматическое аварийное управление мощностью энергосистем. М.: Энергия, 1974. 416 с.

39. Киракосов В.Г., Лугинский Я.Н., Портной М.Г. Автоматическая разгрузка и отключение части гидрогенераторов при увеличении угла электропередачи. 4 Электричество, 1967, № 3, с. 1-4.

40. Киракосов В.Г., Марков В.А., Стрюцков В.К. Устройство контроля угла электропередачи. Электрические станции, 1984, В I, с. 65-67.

41. Коваленко В.П. Приемник сложного сигнала для устройства контроля на линиях электропередачи. Библиографический указатель ВИНИТИ "Депонированные научные работы", 1983, Л 9,с. 124-125.

42. Коваленко В.П. Исследование сложных радиоимпульсных сигналов для задач контроля режима линий электропередачи. Тезисы доклада на IX научно-технической конференции, посвященной Дню радио. М., 1983.

43. Коваленко В.П. Оценка влияния искажений распространяющихся во ВЛ сложных сигналов на помехоустойчивость приемника этих сигналов. Библиографический указатель ВИНИТИ "Депонированные научные работы", 1984, № I, с. 138.

44. Коваленко В.П., Шалыт Г.М. Контроль угла электропередачи с использованием импульсных сигналов. Электрические станции, 1984, гё 3, с. 57-60.

45. Коновалов Г.В., Тараоенко Е.М. Импульсные случайные процессы в электросвязи. М.: Связь, 1973, 304 с.

46. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1974. 831 с.

47. Костенко М.В., Перельман Л.С., Шкарин Ю.П. Волновые процессы и электрические помехи в линиях электропередачи. М.: Энергия, 1973. 272 с.

48. Беликов Е.И. Вопросы оценок параметров сигналов при наличии помех. М.: Советское радио, 1969. 244 с.

49. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кег. 2. М.: Советское радио, 1968 . 502 с.

50. Лезин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. М.: Советское рацио, 1969. 448 с.

51. Маркович И.М. Режимы энергетических систем. М.: Энергая,1969.

52. Мешков В.К., Хачатуров А.А. Испытания по определению устойчивости параллельной работы Львовэнерго с энергосистемами социалистических стран Европы. Электрические станции, 1969, № 9, с. 19-23.

53. Микуцкий Г.В. Высокочастотные каналы релейной защиты. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. 272 с.

54. Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Помехи в высокочастотных каналах связи по линиям электропередачи при нормальной работе линии. Труды ВНИИЭ, 1968, вып. ХХХП.

55. Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. М.: Энергия, 1969.

56. Микуцкий Г.В. Устройство обработки и присоединения высокочастотных каналов. М.: Энергия, 1974.

57. Микуцкий Г.В. Каналы высокочастотной связи для релейной защиты и автоматики. М.: Энергия, 1977. 312 с.

58. Миткшкин К.Г. Многоканальные кодоимпульсные устройства телеизмерений в автоматизированных системах диспетчерского управления. Электричество, 1974, № 3, с. 15-19.

59. Миткшкин К.Г. Погрешность передачи телеизмерений в многоуровневых системах диспетчерского управления. Электричество, 1980, № 9, с. 1-7.

60. Митяшев Б.Н. Определение временного положения импульсов при наличии помех. М.: Советское радио, 1962. 199 с.

61. Митюшкин К.Г. Телемеханика в энергосистемах. М.: Энергия, 1975. 352 с.

62. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки / Пер. с англ. под ред. Р;Л. Добрушина и С.И. Самойленко. М.: Мир, 1976. 594 с.

63. Портной М.Г., Рабинович Р.С. Управление энергосистемами для обеспечения устойчивости. М.: Энергия, 1978. 352 с.

64. Самсоненко С.В. Цифровые методы оптимальной обработки радиолокационных сигналов. М.: Воениздат, 1968. 320 с.

65. Свириденко С.С. Основы синхронизации при приеме дискретных сигналов. М.: Связь, 1974. 143 с.

66. Скитальцев В.О. Аппаратура каналов связи для передачи сигналов автоматики АЕЖА-АВПА. Электрические станции, 1984, Л 2, с. 63-67.

67. Сикарев А.А., Лебедев О.Н. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. М.: Радио и связь, 1983. 213 с.

68. Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности. Киев: Наукова думка, 1983 . 268 с.

69. Современная релейная защита / Под ред. A.M. Федосеева. М.: Энергия, 1970.

70. Статистическая теория связи и ее практические приложения / Под ред. Б.Р. Левина. М.: Связь, 1979. 287 с.

71. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Советское радио, 1966. 678 с.

72. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Советское радио, 1977. 486 с.74. !£узов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. М.: Советское радио, 1977. 400 с.

73. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1970.

74. Федосеев A.M. Основы релейной защиты. М.-Л.: Госэнерго-издат, 1961.

75. Харкевич А.А. Борьба с помехами. М.: Наука, 1965. 275 с.

76. Хачатуров А.А. Несинхронные включения и ресинхронизация в энергосистемах/ Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Энергия, 1977. 176 с.

77. Цикин И.А. Дискретно-аналоговая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1982. 160 с.

78. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами. М.: Энергия, 1968 . 216 с.

79. Шалыт Г.М. Расчет распространения импульсов по однородноймногопроводной линии электропередачи. Труды ШИИЭ, 1973, вып. ХХШ.

80. Шалыт Г.М. Теория и применение дистанционного ОМП линий электропередачи: Дис. на соиск. ученой степени д-ра техн. наук. М., 1974. 442 с.

81. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. М.: Энергоиздат, 1982. 312 с.

82. Шахгильден В.В., Лохвицкий М.С. Методы адаптивного приема сигналов. Вып. I. М.: Связь, 1974. 159 с.

83. Шлнпоберский В.И. Основы техники передачи дискретных сообщений. М.: Связь, 1973. 480 с.

84. Электрическая часть электростанций и подстанций / Под ред. Б.Н. Неклепаева. М.: Энергия, 1972.

85. Chakrabarti R., Choudhuri S., Mukhopadhyay Я. Digital Phase Difference Indicator. Annual Paper Meeting. Calcutta,1981, Hovember 20, p. 251-254.

86. Missout G., Lafleur Y. Dynamic Measurement of the Absolute Voltage Angle on Long Transmission bines. IEEE Trans.on Power Appar. and Syst., 1981, vol. 100, H 11, p. 4428-4434.

87. Stevens D., Pomeroy G.W., Tudor J. Frequency-modulated Fault Locator for Power Lines. IEEE Trans, on Power Appar. and Syst., 1972, vol. 95, Я 5, p. 1760.

88. Richtr J. Hdo a v^ssf harmonicke v siti. Bull. EGU,1982, IT 88, S. 16-23.