Использование имитационного моделирования для обеспечения селективности токовых защит д.т.н. Куликов А. Л. аспирант Клюкин А. Н. Москва 2012 XXI научно-практическая конференция «Релейная защита и автоматика энергосистем 2012»

Мощный инструмент анализа сложных процессов и систем Эффективен в отсутствие возможности экспериментировать на реальном объекте Наличие в системе времени, причинных связей, нелинейности, стохастических (случайных) переменных Возможности имитационного моделирования...

Применение стохастических методов в РЗ Параметры режима (i, u, … ) Потоки отказов и излишних срабатываний РЗ Случайная величина Длина защищаемой линии (l) Режим ЭЭС, потери от неправильных действий РЗ

Адекватность имитационных моделей исследуемому объекту где N – количество испытаний Применимость статистических алгоритмов 2. Репрезентативность выборки (например, критерий нахождения контролируемой величины в пределах доверительного интервала ) Рис. 1 Рис. 2Рис. 3 (1)

Анализируемый (имитируемый) участок сети 110кВ Нижегородской энергосистемы Рис. 4

ОбъектПараметр Диапазон изменения Источник питания Напряжение на шинах питающей ПС, кВ104,5 – 115,5 Частота тока, Гц49,8 – 50,2 Угол передачи, град.30 – 70 Активное сопротивление, Ом0,65 – 0,95 Индуктивность, мГн6 – 8 ВЛ Удельное активное сопротивление, Ом/км0,19 – 0,26 Удельная индуктивность, мГн/км1,2 – 1,4 Удельная емкость, нФ/км8,8 – 9,2 Тран-р (Т5) Активное сопротивление, Ом14 – 16 Индуктивность, Гн0,35 – 0,39 Активное сопротивление цепи намагничивания, МОм1,1 – 1,4 Индуктивность цепи намагничивания, Гн720 – 760 Потребители Нагрузка, МВА20 – 30,5 cos(φ)0,75 – 0,95 Диапазон изменения параметров имитационной модели Таблица 1

Режимы ЭЭС Рабочие Аварийные Рис МинимальныеМаксимальные МинимальныеМаксимальные Имитируемые режимы сети

Рис. 6 – Распределение и аппроксимация амплитуды тока ВЛ 165 Пример статистического распределения параметра

Статистические распределения амплитуды тока Рис.7 - Распределение амплитуды токов максимального рабочего () и аварийного (– –) режимов ВЛ 176

Принципы построения алгоритма цифровой токовой защиты Пороговое значение сравниваемой величины Критерий принятия решения Критерий Неймана-Пирсона (3) (2)

Результирующая достаточная статистика 1. Расчетная величина 2. Пороговое значение 3. Структурная схема алгоритма принятия решений (5) (4) Рис.8

ПримерОбъект резервирования Чувствительность токовой РЗ Традиционный (детерминированный) метод Статистический метод 1Т5– +- 2Т4–+ 3Т3–– 4Т2–+ 5Т1–+ Таблица 2 Анализ эффективности полученного алгоритма 80% 20% Рис

Стохастическое распределение результирующей статистики Рис.10

где y 1, y 2 – измеряемые параметры тока (амплитуда и фаза); σ 1р, σ 1ав, σ 2р, σ 2ав – дисперсии параметров тока в рабочем и аварийном режимах; x 1р, x 1ав, x 2р, x 2ав – математические ожидания параметров тока (амплитуды и фазы) в рабочем и аварийном режимах Совместное использование амплитуды и фазы тока 1. Достаточная статистика 2. Пороговое значение (6) (7)

Структурная схема алгоритма принятия решения для двух контролируемых параметров Рис.11

Распределение контролируемых параметров и достаточной статистики Рис.12 - Распределения амплитуды тока для рабочего (-) и аварийного (--) режимов Рис.13 - Распределения фазы для рабочего (-) и аварийного (--) режимов Рис.14 - Распределения весовой суммы для рабочего (-) и аварийного (--) режимов

Пример Объект резервирования Чувствительность токовой РЗ Традиционный (детерминированный) метод Статистический метод 1Т5–+ 2Т4–+ 3Т3–+ 4Т2–+ 5Т1–+ Анализ эффективности традиционного и стохастического алгоритмов для двух контролируемых параметров Таблица 3

Рис.15 - Распределения амплитуды тока для рабочего (-) и аварийного (--) режимов Распределение контролируемых параметров и достаточной статистики Рис.17 - Распределения амплитуды напряжения для рабочего (-) и аварийного (--) режимов Рис.18 - Распределения весовой суммы для рабочего (-) и аварийного (--) режимов для двух параметров Рис.16 - Распределения фазы для рабочего (-) и аварийного (--) режимов Рис.19 - Распределения весовой суммы для рабочего (-) и аварийного (--) режимов для трех параметров (8)(8)

Пример Объект резервирования Чувствительность токовой РЗ Традиционный (детерминированный) метод Статистический метод 1Т5–+ 2Т4–+ 3Т3–+ 4Т2–+ 5Т1–+ Анализ эффективности традиционного и стохастического алгоритмов для трех контролируемых параметров Таблица 4

накопление информации, заключенной в параметрах тока, посредством суммирования нормированных значений различий этих параметров в аварийном и рабочем режимах; межэлементное нормирование параметров по уровню в соответствии с дисперсиями (среднеквадратическими отклонениями); с меньшим весом учитывается элемент выборки, обладающий большей дисперсией, а соответственно параметр, имеющий меньшую точность оценки; компенсацию коррелированных частей оцениваемых параметров (исключение избыточной информации), что в совокупности с нормировкой обеспечивает сопоставление параметров разной интенсивности. Реализуемые операции релейной защитой

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

ОАО «ФСК ЕЭС» - Нижегородское ПМЭС г. Нижний Новгород, ул. Шлиссельбургская, 29 (831) Спасибо за внимание!