ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭКВИВАЛЕНТОВ ЭЭС ПО ДАННЫМ СИНХРОНИЗИРОВАННЫХ ВЕКТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
|
ОГЛАВЛЕНИЕ 2
Введение 4
ГЛАВА 1. Эквиваленты ЭЭС и определение параметров их элементов 12
1.1 Эквиваленты ЭЭС 12
1.2 Моделирование генераторов 15
1.3 Моделирование нагрузок 20
1.4 Выводы 22
ГЛАВА 2. Определение параметров адаптивной модели синхронной машины 24
2.1 Адаптивная модель СМ 24
2.2 Определение инерционной постоянной СМ 25
2.3 Оценка демпферных свойств СМ 39
2.4 Определение эквивалентного сопротивления 48
2.5 Апробация на математической модели 49
2.6 Эквивалентирование генераторов 52
2.7 Выводы 59
ГЛАВА 3. Метод определения параметров эквивалентов ЭЭС 60
3.1 Определение параметров ветвей эквивалента 60
3.2 Апробация на модели радиальной сети 63
3.3 Апробация на модели замкнутой сети 67
3.4 Выводы 72
ГЛАВА 4. Методы определения мгновенных параметров электрического режима 73
4.1 Модифицированное преобразование Гильберта 73
4.2 Экспресс-оценка мгновенных параметров электрического режима.. 86
4.3 Сравнение методов 94
4.4 Применение ЭОМПЭР для определения параметров адаптивной
модели СМ 97
4.5 Выводы 98
Заключение 100
Перечень сокращений и обозначений 103
Список литературы 104
Приложение 1 - Многопараметрическая модель 112
Приложение 2 - Описание изобретения к патенту РФ №2663826 116
Введение 4
ГЛАВА 1. Эквиваленты ЭЭС и определение параметров их элементов 12
1.1 Эквиваленты ЭЭС 12
1.2 Моделирование генераторов 15
1.3 Моделирование нагрузок 20
1.4 Выводы 22
ГЛАВА 2. Определение параметров адаптивной модели синхронной машины 24
2.1 Адаптивная модель СМ 24
2.2 Определение инерционной постоянной СМ 25
2.3 Оценка демпферных свойств СМ 39
2.4 Определение эквивалентного сопротивления 48
2.5 Апробация на математической модели 49
2.6 Эквивалентирование генераторов 52
2.7 Выводы 59
ГЛАВА 3. Метод определения параметров эквивалентов ЭЭС 60
3.1 Определение параметров ветвей эквивалента 60
3.2 Апробация на модели радиальной сети 63
3.3 Апробация на модели замкнутой сети 67
3.4 Выводы 72
ГЛАВА 4. Методы определения мгновенных параметров электрического режима 73
4.1 Модифицированное преобразование Гильберта 73
4.2 Экспресс-оценка мгновенных параметров электрического режима.. 86
4.3 Сравнение методов 94
4.4 Применение ЭОМПЭР для определения параметров адаптивной
модели СМ 97
4.5 Выводы 98
Заключение 100
Перечень сокращений и обозначений 103
Список литературы 104
Приложение 1 - Многопараметрическая модель 112
Приложение 2 - Описание изобретения к патенту РФ №2663826 116
Актуальность темы и степень ее разработанности
Современные энергосистемы включают в себя большое количество элементов: электростанции с генераторами различных типов, линии электропередачи различных классов напряжения и протяжённости, потребители с различными характеристиками нагрузок. При этом вся электроэнергетическая система (ЭЭС) характеризуется единством режима: авария на одном элементе может привести к нарушению нормальной работы значительной части системы. Надёжность и живучесть ЭЭС зависит в высокой степени от работы управляющих систем. Корректное и эффективное управление электроэнергетической системой возможно только при использовании математических моделей основного оборудования, обладающих достаточной для решаемых задач управления точностью.
Модели основного оборудования ЭЭС, применяемые в современных программных комплексах для расчёта электрических режимов, как правило, характеризуются большим числом параметров, которые в силу старения оборудования и влияния различных эксплуатационных факторов в течение времени могут изменяться. В современной практике эти параметры определяются из паспортных данных оборудования или экспериментальным путём во время испытаний. Полученные таким образом параметры в расчётных моделях могут существенно отличаться от фактических. Актуализация большей части из них затруднена из-за отсутствия методов, позволяющих определить параметры оборудования непосредственно в процессе эксплуатации.
Существует два основных подхода к определению параметров оборудования ЭЭС: активный и пассивный эксперимент. Активный эксперимент предполагает проведение испытаний, в ходе которых параметры электрического режима изменяются принудительно. Этот метод связан с рисками, возникающими при проведении системных испытаний, поэтому редко применяется в Единой энергетической системе (ЕЭС) России. Пассивный эксперимент заключается в обработке измерений, полученных при незапланированных возмущениях в ЭЭС, в результате которых возникают электромеханические переходные процессы. Этот подход также пока не нашёл применения из-за отсутствия методов обработки измерений, обеспечивающих высокую точность параметров, рассчитанных во время переходного процесса.
Внедрение и всё более широкое применение технологии синхронизированных векторных измерений (СВИ) параметров электрического режима (ПЭР) [1] в ЕЭС России открывают широкие перспективы для повышения качества применяемых в задачах управления режимами расчетных моделей элементов ЭЭС. В ЕЭС России СВИ осуществляет Система мониторинга переходных режимов (СМПР) [2]. Она обеспечивает получение с устройств СВИ (УСВИ) синхронизированных во времени измерений напряжения, тока и синхронной электрической частоты с дискретностью 50 Гц [3]. СМПР активно развивается: по состоянию на июнь 2015 года в ЕЭС было установлено 400 УСВИ на 69 объектах электроэнергетики (электростанциях и подстанциях) [4], а на сентябрь 2017 года - уже 660 УСВИ на 94 объектах. Более того, в перспективе до 2020 года планируется развернуть более 1000 УСВИ на 200 объектах [4]:
• на подстанциях напряжением 500 кВ и выше:
о на всех отходящих ЛЭП высшего напряжения;
• на электростанциях установленной мощностью 500 МВт и выше:
о на всех отходящих ЛЭП высшего напряжения;
о на гидроагрегатах мощностью 100 МВт и выше;
о на турбогенераторах АЭС и ТЭС мощностью 200 МВт и выше;
о на генераторах парогазовых установок (далее - ПГУ) при общей мощности ПГУ 200 МВт и выше;
• на межгосударственных ЛЭП напряжением 220 кВ и выше;
• при мониторинге перетоков активной мощности в контролируемых сечениях, токовой нагрузки ЛЭП, напряжений в узлах электрической сети по требованию АО «СО ЕЭС»:
о на отходящих ЛЭП среднего класса напряжения энергообъекта; о на стороне высшего напряжения автотрансформаторов.
Полученные с помощью УСВИ данные могут использоваться для количественной оценки параметров динамических моделей элементов ЕЭС. Современные технологии дают возможность выполнять такую оценку в режиме реального времени во время переходных процессов. Определение параметров динамического эквивалента ЭЭС на начальной стадии переходного процесса позволяет получить количественную оценку характеристик моделей оборудования ЭЭС, соответствующую текущему состоянию системы, режиму и характеру возмущения, делая модели адаптивными. При таком подходе не требуется применение сложных моделей, характеризующихся большим числом параметров. Точность модели обеспечивается за счёт определения её фактических параметров в текущем режиме на основе реальных измерений, а не за счёт усложнения модели. Также упрощение моделей приводит к ускорению расчёта, что актуально для задач реального времени.
Одним из подходов к упрощению моделей ЭЭС является узловая модель системы, предложенная румынским учёным П. Димо. Узловой эквивалент позволяет решать широкий круг задач анализа режимов ЭЭС применительно к части энергосистемы. Важным применением таких моделей была централизованная система противоаварийной автоматики (ЦСПА) первого поколения, внедрение ко-торой существенно увеличило эффективность и надёжность противоаварийного управления. Развитие технологии СВИ позволяет изменить и усовершенствовать подходы к определению параметров эквивалентов ЭЭС. Определение их фактических параметров позволяет улучшить точность и скорость решения многих задач управления режимами ЭЭС, в том числе задач противоаварийного управления.
Цель работы - разработка методов определения параметров эквивалентов
ЭЭС в режиме реального времени с использованием СВИ, полученных в течение электромеханического переходного процесса.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Анализ применяемых методов определения параметров основных элементов эквивалентов ЭЭС.
2. Разработка методов определения параметров синхронной машины (СМ) и эквивалентной СМ на основе СВИ в ходе переходных режимов в ЭЭС.
3. Разработка методов определения параметров ветвей и нагрузок эквивалентов сети по СВИ в ходе переходных режимов.
4. Разработка новых методов обработки первичных измерений, позволяющих определять ПЭР с высокими скоростью и точностью для расчёта параметров эквивалентов в режиме реального времени.
5. Подтверждение эффективности разработанных методов по данным математического и физического моделирования, а также с использованием реальных архивов системы мониторинга переходных режимов (СМПР).
Объектами исследования являются энергосистема с оборудованием, системами управления и развернутой системой СВИ, а также общепризнанные цифровые и физические модели энергосистемы и СМ, описывающие и воспроизводящие электромеханические переходные процессы.
Методология и методы исследования. В ходе исследований были применены методы анализа и модели энергосистем и оборудования, разработанные в рамках теории электромеханических переходных процессов. Все алгоритмы проверялись с использованием цифровых моделей энергосистем и оборудования с помощью математического моделирования, а также воспроизведения переходных процессов на физической электродинамической модели (ЭДМ) энергосистемы, входящей в состав цифро-аналого-физического комплекса (ЦАФК) Научно- технического центра Единой энергетической системы (НТЦ ЕЭС) и на реальных данных, полученных из архивов измерений СМПР ЕЭС России.
Научная новизна заключается в:
- развитии методов адаптивного определения параметров эквивалентов ЭЭС, которые могут вычисляться в режиме реального времени на основе СВИ;
- разработке новых методов определения параметров эквивалентной СМ в режиме реального времени по данным СВИ в течение электромеханических переходных процессов;
- разработке нового метода определения параметров ветвей узлового эквивалента по данным СВИ в течение электромеханических переходных процессов;
- разработке двух новых методов определения ПЭР с частотой дискретизации первичных измерений УСВИ: метода, основанного на модифицированном преобразовании Гильберта, и метода экспресс-оценки мгновенных ПЭР.
Достоверность результатов подтверждается корректным применением теории ЭЭС и методов обработки сигналов, использованием различных математических методов, а также вычислительными экспериментами, выполненными на физических и математических моделях энергосистемы и аналитическими расчётами по реальным СВИ регистраторов, установленных в узлах ЕЭС России. Исследования выполнялись и обсуждались в контакте с научно-технической (АО «НТЦ ЕЭС», г. Санкт-Петербург) и диспетчерско-технологической (АО «СО ЕЭС», г. Москва) организациями, а также ведущей компанией- разработчиком программного и аппаратного обеспечения современных измерительных систем, развернутых в ЕЭС России (ООО «Прософт-Системы», г. Екатеринбург).
Теоретическая и практическая значимость работы состоят в:
- повышении надёжности ЭЭС за счёт увеличения скорости и точности решения задач противоаварийного управления реального времени с использованием методов определения параметров эквивалентов ЭЭС на основе СВИ, а также методов определения мгновенных ПЭР, позволяющих корректно определять пара-метры электрических величин во время переходного процесса;
- разработке «Системы определения инерционной постоянной синхронной машины», защищенной патентом РФ;
- использовании полученных результатов в учебном процессе и при повышении квалификации сотрудников профильных организаций.
Реализация и внедрение результатов работы. Система определения инерционной постоянной синхронной машины предполагается к использованию в системе мониторинга системных регуляторов в качестве дополнения, расширяющего ее функциональность в части определения динамических свойств СМ по данным СВИ в ходе электромеханических переходных процессов в ЭЭС. Метод экспресс-оценки мгновенных ПЭР (ЭОМПЭР) принят к реализации в разрабатываемом регистраторе динамических процессов (РДП).
Положения, выносимые на защиту:
1. Методы определения параметров СМ и эквивалентной СМ на основе СВИ, полученных в течение переходных процессов в ЭЭС.
2. Метод определения параметров ветвей эквивалента ЭЭС на основе СВИ.
3. Определение СВИ с плотностью первичных измерений методами модифицированного преобразования Гильберта и экспресс-оценки мгновенных ПЭР.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на 9 конференциях, в том числе:
- Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика гла-ами молодежи» - Томск-2014, Иваново-2015, Казань-2016;
- 5-я Международная научно-техническая конференция «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем» - Сочи-2015;
- International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Омск, 2015;
- International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufac-turing (ICIEAM), Челябинск, 2016;
- 2016 57th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineer¬ing of Riga Technical University (RTUCON), Рига, Латвия, 2016;
- конференция «Релейная защита и автоматика энергосистем 2017», Санкт- Петербург, 2017;
- 2017 9th International Conference on Information Technology and Electrical En-gineering (ICITEE), Пхукет, Тайланд, 2017.
Основные положения работы рассматривались на научных семинарах кафедры «Автоматизированные электрические системы» УралЭНИН УрФУ, Екатеринбург, 2014-2018.
Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 15 печатных изданиях, в том числе 4 - в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ («Электрические станции», «Известия НТЦ Единой энергетической системы») и 5 - в зарубежных изданиях, входящих в международные базы цитирования Web of Science и Scopus. Получен патент РФ на изобретение «Системы определения инерционной постоянной синхронной машины».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 96 наименований и 1 приложения. Объем работы: страниц - 124, включая рисунков - 63 и таблиц - 13.
В первой главе представлен обзор методов, применяемых для определения параметров элементов эквивалента ЭЭС.
Во второй главе предложены адаптивные модели СМ и эквивалентной СМ, используемые для моделирования генераторов в эквиваленте ЭЭС и методы определения её параметров на основе СВИ, полученных при переходных режимах в ЭЭС.
В третьей главе представлен метод определения основных параметров эквивалентов сети на основе СВИ, полученных во время переходных процессов в ЭЭС.
В четвёртой главе представлены разработанные методы расчёта мгновенных ПЭР, результаты их апробации на экспериментальных данных и сравнения. Разработан метод, основанный на модифицированном преобразовании Гильберта (МПГ), обладающий более высокой точностью и метод ЭОМПЭР, обладающий повышенным быстродействием.
В заключении приведены выводы и обобщены основные результаты, полученные в ходе выполнения работы.
Современные энергосистемы включают в себя большое количество элементов: электростанции с генераторами различных типов, линии электропередачи различных классов напряжения и протяжённости, потребители с различными характеристиками нагрузок. При этом вся электроэнергетическая система (ЭЭС) характеризуется единством режима: авария на одном элементе может привести к нарушению нормальной работы значительной части системы. Надёжность и живучесть ЭЭС зависит в высокой степени от работы управляющих систем. Корректное и эффективное управление электроэнергетической системой возможно только при использовании математических моделей основного оборудования, обладающих достаточной для решаемых задач управления точностью.
Модели основного оборудования ЭЭС, применяемые в современных программных комплексах для расчёта электрических режимов, как правило, характеризуются большим числом параметров, которые в силу старения оборудования и влияния различных эксплуатационных факторов в течение времени могут изменяться. В современной практике эти параметры определяются из паспортных данных оборудования или экспериментальным путём во время испытаний. Полученные таким образом параметры в расчётных моделях могут существенно отличаться от фактических. Актуализация большей части из них затруднена из-за отсутствия методов, позволяющих определить параметры оборудования непосредственно в процессе эксплуатации.
Существует два основных подхода к определению параметров оборудования ЭЭС: активный и пассивный эксперимент. Активный эксперимент предполагает проведение испытаний, в ходе которых параметры электрического режима изменяются принудительно. Этот метод связан с рисками, возникающими при проведении системных испытаний, поэтому редко применяется в Единой энергетической системе (ЕЭС) России. Пассивный эксперимент заключается в обработке измерений, полученных при незапланированных возмущениях в ЭЭС, в результате которых возникают электромеханические переходные процессы. Этот подход также пока не нашёл применения из-за отсутствия методов обработки измерений, обеспечивающих высокую точность параметров, рассчитанных во время переходного процесса.
Внедрение и всё более широкое применение технологии синхронизированных векторных измерений (СВИ) параметров электрического режима (ПЭР) [1] в ЕЭС России открывают широкие перспективы для повышения качества применяемых в задачах управления режимами расчетных моделей элементов ЭЭС. В ЕЭС России СВИ осуществляет Система мониторинга переходных режимов (СМПР) [2]. Она обеспечивает получение с устройств СВИ (УСВИ) синхронизированных во времени измерений напряжения, тока и синхронной электрической частоты с дискретностью 50 Гц [3]. СМПР активно развивается: по состоянию на июнь 2015 года в ЕЭС было установлено 400 УСВИ на 69 объектах электроэнергетики (электростанциях и подстанциях) [4], а на сентябрь 2017 года - уже 660 УСВИ на 94 объектах. Более того, в перспективе до 2020 года планируется развернуть более 1000 УСВИ на 200 объектах [4]:
• на подстанциях напряжением 500 кВ и выше:
о на всех отходящих ЛЭП высшего напряжения;
• на электростанциях установленной мощностью 500 МВт и выше:
о на всех отходящих ЛЭП высшего напряжения;
о на гидроагрегатах мощностью 100 МВт и выше;
о на турбогенераторах АЭС и ТЭС мощностью 200 МВт и выше;
о на генераторах парогазовых установок (далее - ПГУ) при общей мощности ПГУ 200 МВт и выше;
• на межгосударственных ЛЭП напряжением 220 кВ и выше;
• при мониторинге перетоков активной мощности в контролируемых сечениях, токовой нагрузки ЛЭП, напряжений в узлах электрической сети по требованию АО «СО ЕЭС»:
о на отходящих ЛЭП среднего класса напряжения энергообъекта; о на стороне высшего напряжения автотрансформаторов.
Полученные с помощью УСВИ данные могут использоваться для количественной оценки параметров динамических моделей элементов ЕЭС. Современные технологии дают возможность выполнять такую оценку в режиме реального времени во время переходных процессов. Определение параметров динамического эквивалента ЭЭС на начальной стадии переходного процесса позволяет получить количественную оценку характеристик моделей оборудования ЭЭС, соответствующую текущему состоянию системы, режиму и характеру возмущения, делая модели адаптивными. При таком подходе не требуется применение сложных моделей, характеризующихся большим числом параметров. Точность модели обеспечивается за счёт определения её фактических параметров в текущем режиме на основе реальных измерений, а не за счёт усложнения модели. Также упрощение моделей приводит к ускорению расчёта, что актуально для задач реального времени.
Одним из подходов к упрощению моделей ЭЭС является узловая модель системы, предложенная румынским учёным П. Димо. Узловой эквивалент позволяет решать широкий круг задач анализа режимов ЭЭС применительно к части энергосистемы. Важным применением таких моделей была централизованная система противоаварийной автоматики (ЦСПА) первого поколения, внедрение ко-торой существенно увеличило эффективность и надёжность противоаварийного управления. Развитие технологии СВИ позволяет изменить и усовершенствовать подходы к определению параметров эквивалентов ЭЭС. Определение их фактических параметров позволяет улучшить точность и скорость решения многих задач управления режимами ЭЭС, в том числе задач противоаварийного управления.
Цель работы - разработка методов определения параметров эквивалентов
ЭЭС в режиме реального времени с использованием СВИ, полученных в течение электромеханического переходного процесса.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Анализ применяемых методов определения параметров основных элементов эквивалентов ЭЭС.
2. Разработка методов определения параметров синхронной машины (СМ) и эквивалентной СМ на основе СВИ в ходе переходных режимов в ЭЭС.
3. Разработка методов определения параметров ветвей и нагрузок эквивалентов сети по СВИ в ходе переходных режимов.
4. Разработка новых методов обработки первичных измерений, позволяющих определять ПЭР с высокими скоростью и точностью для расчёта параметров эквивалентов в режиме реального времени.
5. Подтверждение эффективности разработанных методов по данным математического и физического моделирования, а также с использованием реальных архивов системы мониторинга переходных режимов (СМПР).
Объектами исследования являются энергосистема с оборудованием, системами управления и развернутой системой СВИ, а также общепризнанные цифровые и физические модели энергосистемы и СМ, описывающие и воспроизводящие электромеханические переходные процессы.
Методология и методы исследования. В ходе исследований были применены методы анализа и модели энергосистем и оборудования, разработанные в рамках теории электромеханических переходных процессов. Все алгоритмы проверялись с использованием цифровых моделей энергосистем и оборудования с помощью математического моделирования, а также воспроизведения переходных процессов на физической электродинамической модели (ЭДМ) энергосистемы, входящей в состав цифро-аналого-физического комплекса (ЦАФК) Научно- технического центра Единой энергетической системы (НТЦ ЕЭС) и на реальных данных, полученных из архивов измерений СМПР ЕЭС России.
Научная новизна заключается в:
- развитии методов адаптивного определения параметров эквивалентов ЭЭС, которые могут вычисляться в режиме реального времени на основе СВИ;
- разработке новых методов определения параметров эквивалентной СМ в режиме реального времени по данным СВИ в течение электромеханических переходных процессов;
- разработке нового метода определения параметров ветвей узлового эквивалента по данным СВИ в течение электромеханических переходных процессов;
- разработке двух новых методов определения ПЭР с частотой дискретизации первичных измерений УСВИ: метода, основанного на модифицированном преобразовании Гильберта, и метода экспресс-оценки мгновенных ПЭР.
Достоверность результатов подтверждается корректным применением теории ЭЭС и методов обработки сигналов, использованием различных математических методов, а также вычислительными экспериментами, выполненными на физических и математических моделях энергосистемы и аналитическими расчётами по реальным СВИ регистраторов, установленных в узлах ЕЭС России. Исследования выполнялись и обсуждались в контакте с научно-технической (АО «НТЦ ЕЭС», г. Санкт-Петербург) и диспетчерско-технологической (АО «СО ЕЭС», г. Москва) организациями, а также ведущей компанией- разработчиком программного и аппаратного обеспечения современных измерительных систем, развернутых в ЕЭС России (ООО «Прософт-Системы», г. Екатеринбург).
Теоретическая и практическая значимость работы состоят в:
- повышении надёжности ЭЭС за счёт увеличения скорости и точности решения задач противоаварийного управления реального времени с использованием методов определения параметров эквивалентов ЭЭС на основе СВИ, а также методов определения мгновенных ПЭР, позволяющих корректно определять пара-метры электрических величин во время переходного процесса;
- разработке «Системы определения инерционной постоянной синхронной машины», защищенной патентом РФ;
- использовании полученных результатов в учебном процессе и при повышении квалификации сотрудников профильных организаций.
Реализация и внедрение результатов работы. Система определения инерционной постоянной синхронной машины предполагается к использованию в системе мониторинга системных регуляторов в качестве дополнения, расширяющего ее функциональность в части определения динамических свойств СМ по данным СВИ в ходе электромеханических переходных процессов в ЭЭС. Метод экспресс-оценки мгновенных ПЭР (ЭОМПЭР) принят к реализации в разрабатываемом регистраторе динамических процессов (РДП).
Положения, выносимые на защиту:
1. Методы определения параметров СМ и эквивалентной СМ на основе СВИ, полученных в течение переходных процессов в ЭЭС.
2. Метод определения параметров ветвей эквивалента ЭЭС на основе СВИ.
3. Определение СВИ с плотностью первичных измерений методами модифицированного преобразования Гильберта и экспресс-оценки мгновенных ПЭР.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на 9 конференциях, в том числе:
- Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика гла-ами молодежи» - Томск-2014, Иваново-2015, Казань-2016;
- 5-я Международная научно-техническая конференция «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем» - Сочи-2015;
- International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Омск, 2015;
- International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufac-turing (ICIEAM), Челябинск, 2016;
- 2016 57th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineer¬ing of Riga Technical University (RTUCON), Рига, Латвия, 2016;
- конференция «Релейная защита и автоматика энергосистем 2017», Санкт- Петербург, 2017;
- 2017 9th International Conference on Information Technology and Electrical En-gineering (ICITEE), Пхукет, Тайланд, 2017.
Основные положения работы рассматривались на научных семинарах кафедры «Автоматизированные электрические системы» УралЭНИН УрФУ, Екатеринбург, 2014-2018.
Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 15 печатных изданиях, в том числе 4 - в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ («Электрические станции», «Известия НТЦ Единой энергетической системы») и 5 - в зарубежных изданиях, входящих в международные базы цитирования Web of Science и Scopus. Получен патент РФ на изобретение «Системы определения инерционной постоянной синхронной машины».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 96 наименований и 1 приложения. Объем работы: страниц - 124, включая рисунков - 63 и таблиц - 13.
В первой главе представлен обзор методов, применяемых для определения параметров элементов эквивалента ЭЭС.
Во второй главе предложены адаптивные модели СМ и эквивалентной СМ, используемые для моделирования генераторов в эквиваленте ЭЭС и методы определения её параметров на основе СВИ, полученных при переходных режимах в ЭЭС.
В третьей главе представлен метод определения основных параметров эквивалентов сети на основе СВИ, полученных во время переходных процессов в ЭЭС.
В четвёртой главе представлены разработанные методы расчёта мгновенных ПЭР, результаты их апробации на экспериментальных данных и сравнения. Разработан метод, основанный на модифицированном преобразовании Гильберта (МПГ), обладающий более высокой точностью и метод ЭОМПЭР, обладающий повышенным быстродействием.
В заключении приведены выводы и обобщены основные результаты, полученные в ходе выполнения работы.
Выполненный обзор методов эквивалентирования ЭЭС показал, что текущий подход к определению параметров эквивалентов на основе паспортных данных оборудования приводит к увеличению погрешности расчёта, т.к. эти данные не всегда соответствуют фактическим. Любые изменения в системе требуют пе-реформирования эквивалента. Для преодоления этих недостатков целесообразно определять параметры эквивалентов ЭЭС на основе измерений, полученных в ходе переходных режимов. В качестве эквивалента ЭЭС может использоваться узловая модель сети.
Выполнен анализ моделей и методов определения параметров основных элементов эквивалента ЭЭС: модели сетевой части, моделей генераторов и моделей нагрузок. Для определения параметров связей используются электрические преобразования и Гауссово исключение узлов, что не обеспечивает высокую точность расчёта. Для моделирования генераторов используются, как правило, трёх-контурная модель и упрощённая модель. Недостатком первой является большое количество параметров, определение которых в ходе эксплуатации является сложной задачей, недостатком второй - недостаточная точность воспроизведения поведения СМ в некоторых расчётах. Для моделирования нагрузок используются различные модели (характеристики), фактические параметры которых могут быть определены на основе СВИ с использованием многопараметрической модели.
Для определения фактических параметров эквивалента ЭЭС предлагается использовать его адаптивную модель. Адаптивная модель позволяет определить параметры эквивалента для текущей схемно-режимной ситуации на основе изме-рений. Адаптивная модель с параметрами, определёнными в начале переходного процесса, может использоваться для задач управления ЭЭС в возникшем режиме.
Для моделирования генераторов предложена адаптивная модель СМ, которая включает в себя четыре параметра: инерционную постоянную, демпферный коэффициент, коэффициент синхронизирующей мощности и эквивалентное со-противление СМ. Адаптивная модель позволяет достаточно точно описать поведение СМ при динамических переходных процессах. Благодаря простоте модели, её использование в задачах управления ЭЭС в реальном времени становится возможным. Проведённые эксперименты подтвердили высокую точность модели.
Разработаны методы определения всех параметров адаптивной модели СМ, а также модели эквивалентной СМ, на основе СВИ, полученных при переходных процессах в ЭЭС. Алгоритмы методов позволяет применять их в режиме реального времени, что делает возможным оценку текущих значений параметров на начальном этапе электромеханического переходного процесса. В качестве исходных данных могут использоваться параметры, регистрируемые СМПР и СМСР. Эффективность методов доказана на экспериментах как с модельными данными, так и с реальными измерениями СМПР.
Представлен метод, позволяющий определять параметры ветвей эквивалентов сети на основе СВИ в узлах сети, входящих в состав эквивалента. Метод про-верен на данных математического моделирования как установившихся, так и переходных режимов. Вычисленные значения параметров эквивалентов отличаются от эталонных значений менее, чем на 5 %. Это говорит о возможности применения методики для определения параметров эквивалентов ЭЭС по измерениям в ходе переходных процессов.
Эксперименты показали, что параметры, вычисленные предлагаемыми методами, начинают определяться с высокой точностью через 1 с после возмущения. Это связано с повышенной погрешностью определения ПЭР традиционными методами в начале переходного процесса при быстром изменении параметров. Для задач управления режимами ЭЭС в реальном времени быстродействие является важным фактором, поэтому для ускорения расчёта разработано два метода определения ПЭР: МПГ и ЭОМПЭР. Оба алгоритма позволяют определять следующие параметры: амплитуду и фазу тока и напряжения, частоту, активную и реактивную мощность. Алгоритмы обеспечивают возможность определять пара-метры с дискретностью исходных сигналов.
Алгоритм, основанный на МПГ, позволяет получить значения ПЭР в произвольный момент времени с высокой точностью, в том числе во время переходных процессов, в отличие от существующих подходов. Алгоритм ЭОМПЭР обладает теми же свойствами, что и алгоритм МПГ, но имеет минимальную вычислительную задержку при меньшей точности расчёта параметров, что делает целесообразным его применение в пусковых органах противоаварийной автоматики нового поколения.
Эффективность методов подтверждена экспериментально. Опыты на смоделированных данных позволили оценить отклонение полученных результатов от эталонных значений, а эксперименты на данных, полученных с регистраторов аварийных событий, позволили подтвердить помехоустойчивость методов.
Разработанные методы подходят для определения ПЭР с точностью, позволяющей их использовать для определения параметров адаптивной модели узлового эквивалента ЭЭС. При этом ЭОМПЭР целесообразнее применять для выполнения оперативных задач, например, в пусковых органах ПА, т.к. он характеризуется высоким быстродействием. Для исследовательских и расчётных задач более предпочтительным является МПГ, т.к. этот метод обладает более высокой точностью.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования. Представ-ленные методы идентификации параметров эквивалента ЭЭС и методы определения мгновенных ПЭР могут стать основой систем противоаварийного управления нового поколения.
Выполнен анализ моделей и методов определения параметров основных элементов эквивалента ЭЭС: модели сетевой части, моделей генераторов и моделей нагрузок. Для определения параметров связей используются электрические преобразования и Гауссово исключение узлов, что не обеспечивает высокую точность расчёта. Для моделирования генераторов используются, как правило, трёх-контурная модель и упрощённая модель. Недостатком первой является большое количество параметров, определение которых в ходе эксплуатации является сложной задачей, недостатком второй - недостаточная точность воспроизведения поведения СМ в некоторых расчётах. Для моделирования нагрузок используются различные модели (характеристики), фактические параметры которых могут быть определены на основе СВИ с использованием многопараметрической модели.
Для определения фактических параметров эквивалента ЭЭС предлагается использовать его адаптивную модель. Адаптивная модель позволяет определить параметры эквивалента для текущей схемно-режимной ситуации на основе изме-рений. Адаптивная модель с параметрами, определёнными в начале переходного процесса, может использоваться для задач управления ЭЭС в возникшем режиме.
Для моделирования генераторов предложена адаптивная модель СМ, которая включает в себя четыре параметра: инерционную постоянную, демпферный коэффициент, коэффициент синхронизирующей мощности и эквивалентное со-противление СМ. Адаптивная модель позволяет достаточно точно описать поведение СМ при динамических переходных процессах. Благодаря простоте модели, её использование в задачах управления ЭЭС в реальном времени становится возможным. Проведённые эксперименты подтвердили высокую точность модели.
Разработаны методы определения всех параметров адаптивной модели СМ, а также модели эквивалентной СМ, на основе СВИ, полученных при переходных процессах в ЭЭС. Алгоритмы методов позволяет применять их в режиме реального времени, что делает возможным оценку текущих значений параметров на начальном этапе электромеханического переходного процесса. В качестве исходных данных могут использоваться параметры, регистрируемые СМПР и СМСР. Эффективность методов доказана на экспериментах как с модельными данными, так и с реальными измерениями СМПР.
Представлен метод, позволяющий определять параметры ветвей эквивалентов сети на основе СВИ в узлах сети, входящих в состав эквивалента. Метод про-верен на данных математического моделирования как установившихся, так и переходных режимов. Вычисленные значения параметров эквивалентов отличаются от эталонных значений менее, чем на 5 %. Это говорит о возможности применения методики для определения параметров эквивалентов ЭЭС по измерениям в ходе переходных процессов.
Эксперименты показали, что параметры, вычисленные предлагаемыми методами, начинают определяться с высокой точностью через 1 с после возмущения. Это связано с повышенной погрешностью определения ПЭР традиционными методами в начале переходного процесса при быстром изменении параметров. Для задач управления режимами ЭЭС в реальном времени быстродействие является важным фактором, поэтому для ускорения расчёта разработано два метода определения ПЭР: МПГ и ЭОМПЭР. Оба алгоритма позволяют определять следующие параметры: амплитуду и фазу тока и напряжения, частоту, активную и реактивную мощность. Алгоритмы обеспечивают возможность определять пара-метры с дискретностью исходных сигналов.
Алгоритм, основанный на МПГ, позволяет получить значения ПЭР в произвольный момент времени с высокой точностью, в том числе во время переходных процессов, в отличие от существующих подходов. Алгоритм ЭОМПЭР обладает теми же свойствами, что и алгоритм МПГ, но имеет минимальную вычислительную задержку при меньшей точности расчёта параметров, что делает целесообразным его применение в пусковых органах противоаварийной автоматики нового поколения.
Эффективность методов подтверждена экспериментально. Опыты на смоделированных данных позволили оценить отклонение полученных результатов от эталонных значений, а эксперименты на данных, полученных с регистраторов аварийных событий, позволили подтвердить помехоустойчивость методов.
Разработанные методы подходят для определения ПЭР с точностью, позволяющей их использовать для определения параметров адаптивной модели узлового эквивалента ЭЭС. При этом ЭОМПЭР целесообразнее применять для выполнения оперативных задач, например, в пусковых органах ПА, т.к. он характеризуется высоким быстродействием. Для исследовательских и расчётных задач более предпочтительным является МПГ, т.к. этот метод обладает более высокой точностью.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования. Представ-ленные методы идентификации параметров эквивалента ЭЭС и методы определения мгновенных ПЭР могут стать основой систем противоаварийного управления нового поколения.



