16
Разработка методики расчёта параметров элементов электроэнергетической сети по данным синхронизированных векторных измерений Выполнили: Панасецкий Н.А., Наставшев Д.А. Руководитель работы: к.т.н., Сорокин Д.В. Москва, 2016

Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 2: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 3: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 4: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным 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

Page 5: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 6: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 7: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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:;

Page 8: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 9: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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.

Page 10: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 11: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 12: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 13: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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.

Page 14: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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 %.

Page 15: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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

Page 16: Разработка методики расчёта параметров элементов сети по данным УСВИ

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