Разработка методики расчёта параметров элементов...

Разработка методики расчёта параметров элементов

электроэнергетической сети по данным синхронизированных векторных измеренийВыполнили:

Панасецкий Н.А., Наставшев Д.А.

Руководитель работы: к.т.н., Сорокин Д.В.

Москва, 2016

Цель исследования (1)

2

На современном уровне развития электроэнергетики для решения обширного комплекса задач применяется математическое моделирование электроэнергетических систем. Результаты такого моделирования являются в ряде случаев основополагающим фактором при принятии оптимального решения при перспективном развитии энергосистем, а также при управлении и ведении электрических режимов энергосистем.При разработке математических

моделей энергосистем параметры схем замещения электросетевых элементов (в данном случае, линий электропередачи) определяются по справочным или паспортным данным. Эти данные в большинстве случаев определены при использовании ряда допущений. Кроме того, эти данные могут быть некорректными, либо с ошибками перенесены в математическую модель энергосистемы (рис.1). Таким образом, целью исследования является реализация методики определения параметров схемы

замещения линии электропередачи.

Рис.1. Влияние различных факторов на параметры ЛЭП

Определение (уточнение) параметров схем замещения электросетевых элементов возможно за счет применения устройств синхронизированных векторных измерений (УСВИ). УСВИ (рис. 1 и 2) по сравнению с традиционными измерителями обеспечивают возможность получения векторных измерений параметров электрического режима, синхронизированных по времени. Погрешность УСВИ при определении векторных значений в отличие от традиционных устройств существенно ниже.

3

Цель исследования (2)

Внешний вид УСВИ марки ЭНИП-2Структурная схема УСВИ

Полигон Лаборатории интеллектуальных энергосистем представляет собой комплекс программно-аппаратных средств для поддержки решений в электроэнергетике. На Полигоне в том числе развернут программно-аппаратный комплекс для моделирования энергосистем в режиме реального времени OPAL-RT и комплект УСВИ.

4

Цифровой Полигон ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Комплект УСВИ

Симулятор реального времени OPAL-RT

Определены следующие задачи:• Разработка тестовой модели

энергосистемы в Matlab/Simulink;• Выбор и апробация алгоритма

расчета параметров линии электропередачи;

• Отладка передачи данных об измерениях (через OPC-сервер);

• Разработка интерфейса программы;• Исследование влияния

погрешностей измерения, помех и дефектов измерительных приборов.

5

Задачи исследования

Matlab

OPC-сервер

Считывание с помощью OPC client

Обработка в M-function

Определение параметров

линии

Пользовательский ПК

Генератор

OPСwtite

π УСВИ УСВИ

Приёмная система

OPC wtite

Разработка тестовой моделиТестовая модель сети разработана в программном комплексе Matlab/Simulink с использованием библиотеки SimPowerSystems. Верификация схемы произведена с использованием RastrWin.

6

Модель RastrWin

Модель Matlab-Simulink

7

Алгоритм №1Данная схема замещения содержит в себе продольное сопротивление и две равные поперечные проводимости . Здесь R, G – вещественные (активные), а X, B − мнимые (реактивные) составляющие комплексных параметров ветвей схемы.

Для данной схемы, по первому закону Кирхгофа, справедливо равенство: ;

Из которого следует что проводимость линии определяется по выражению:;

Продольное сопротивление линии определяется через следующее выражение:;

Алгоритм №2Второй алгоритм базируется на основных уравнениях четырёхполюсника. Пассивный четырехполюсник характеризуется обобщенными коэффициентами A, B, C, D, определяемыми через погонные параметры. Соответствующие расчётные формулы имеют вид:;

Основные уравнения четырехполюсника, записанные относительно начала и конца линии электропередачи :

Решение системы уравнений приводит к расчётным выражениям для определения обобщённых коэффициентов :

.

8

Re( )1 Im(A)arth jarctgRe(A) Re( )BC

l BC

0 0 0 0

00 0 0

;

.

В

В

Z r jx Z

y g jbZ

A D

1 2 2

1 2 2

2 1 1

2 1 1

;;

;.

Ф Ф

Ф

Ф Ф

Ф

U AU BII CU DIU DU BII CU AI

Сопоставление алгоритмовАпробация алгоритмов по определению параметров линий электропередач, представленных в предыдущем разделе произведена с помощью программного математического комплекса Matchad на примере одноцепной воздушной линии напряжением 220 кВ и длинной 100 км выполненной проводом марки АС 400/51. Линия питает нагрузку МВА.

9

В ходе тестирования было установлено, что алгоритмы определения параметров линии одинаково устойчивы к изменению нагрузки линии.В следствие этого первый алгоритм был выбран для дальнейшего рассмотрения, как более простой.

Отладка передачи данных об измерениях через OPC-сервер

Для программного тестирования, было предложен способ передачи данных в написанный код на основе программной технологии OPC (OLE for Process Control). OPC-технология предоставляется в свободном доступе и позволяет производить обмен данными в реальном времени. Данный фактор тестирования немаловажен, так как в дальнейшем предполагается программно-аппаратное тестирование с использованием реальных устройств синхронизированных векторных измерений и передачи данных по протоколу МЭК 61850.

10

Разработка интерфейса программы

Программа определения погонных параметров разрабатывалась как отдельный макрос языка MATLAB (M-function). Был разработан интерфейс программы на базе конструктора GUI, позволяющий пользователю задавать различные погрешности, помехи и дефекты измерительных приборов, производить коммутации в исследуемой ЭЭС. Вместе с вышесказанным интерфейс программы отображает полученные данные расчёта и векторные диаграммы в исследуемой линии.

11

Исследование влияния погрешностей измерения, помех и дефектов

измерительных приборовНа данном слайде представлено влияние погрешностей трансформаторов тока и напряжения на полученные результаты измерения погонных параметров ВЛ (рис.1-2). Из зависимостей получено, что погрешность ТТ вносит значительную погрешность измерения поперечной составляющей линии, а погрешность измерения ТН – продольной.

12Рис.1. Зависимость погрешности определения проводимости от погрешности измерительных

трансформаторов

Рис.2. Зависимость погрешности определения сопротивления от погрешности измерительных

трансформаторов

13

Исследование влияния погрешностей измерения, помех и дефектов

измерительных приборовИспытание на влияние смены знака измерения на полученные результаты определения погонных параметров ВЛ. Погрешность в данном случае достигает недопустимых для измерения значений, поэтому необходимо реализовать регистрацию этого конфликта программой для дальнейшей успешной эксплуатации.

14

Исследование влияния погрешностей измерения, помех и дефектов

измерительных приборовИспытание на влияние шумовых помех в измерительных приборах на полученные результаты определения погонных параметров ВЛ. При возникновении шума на ТТ в пределах 1% от номинального значения вносится дополнительная погрешность измерения сопротивления в 1%. Для ТН при тех же отклонениях в 1% это значение достигает 20 %.

Из-за неточности фиксирования мгновенных значений параметров ЛЭП, предложен статистический анализ вероятностного распределения значений параметров ЛЭП. Для статистического анализа в программу введена функция, формирующая файл с данными о результатах измерений за время испытания.В ходе двух испытаний шумы включались случайным образом и фигурировали постоянно во вторичных цепях измерительных трансформаторов тока и напряжения.За 50 секунд моделирования сделано 256 выборок значений параметров линии, сформированы графики вероятностного распределения и произведено сравнение усреднённых значений при статистическом анализе с эталонными.При шумовом воздействии статистический анализ показал хорошие результаты при определении реактивных параметров линии: индуктивного сопротивления X и емкостной проводимости B. 15

Вывод по исследовательской работе

Была реализована методика определения параметров схемы замещения линии электропередачи.При использовании современных измерительных трансформаторов марок ТОГФ-220 и ЗНГ-220 классов точности 0,2S (Линейная погрешность 0.2% и угловая – 0.1 %) , используемый алгоритм в наихудшем случае показал погрешность измерения сопротивления в 16 %. В ходе тестирования выбранного алгоритма были проведены необходимые базовые испытания и предложено решение проблемы влияния помех, тем самым зарекомендовав программный комплекс для формирования в дальнейшем на его базе рабочего прототипа на полигоне интеллектуальных энергосистем ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС».

16